基于增材制造工艺的散热器结构优化设计

基于增材制造工艺的散热器结构优化设计

传统的散热器制造工艺主要有挤压成型、铸造和机械加工等方法,这些加工工艺限制了散热器可实现的几何形状。金属3D打印工艺的出现消除了许多设计制约,设计人员开始重新考虑更高热效率的散热器设计方法。

经典的散热器设计方法主要涉及的结构参数包括:基板厚度、翅片数量、翅片厚度、翅片间距、翅片高度。然后优化这些参数以满足传热、重量和成本的约束。在很多时候,是制造工艺决定了这些参数,如果不再施加这些约束,那么散热器会设计成什么样子呢?

Robin Bornoff将他的研究成果在31st SEMI-THERM Symposium会议上进行了分享。在其核心方法是:

1)确定最高表面温度位置,这是散热片几何形状可能演变的关键。

2)在最高温度点添加一小块材料,增加散热面积。

3)分析散热器的散热性能,如果散热性能随着材料的增加而提高,则进入下一步;如果散热性能变差,则删除添加的材料,并标记该位置,接下来不会在这个位置添加材料。

4)不断重复过程(2)和(3),一直到任何几何形状的添加都会导致散热器生长超出其设计界限,或者任何几何形状的添加都会导致热性能下降时,该优化过程就结束了。

基于增材制造工艺的散热器结构优化设计 图1  优化前的模型 基于增材制造工艺的散热器结构优化设计 图2 最初5步的计算结果 (寻找最热的位置)

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基于增材制造工艺的散热器结构优化设计 图3 三个中间过程的优化结果 基于增材制造工艺的散热器结构优化设计 图4 最终优化结果 基于增材制造工艺的散热器结构优化设计 图5 优化前后的热阻下降趋势

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基于增材制造工艺的散热器结构优化设计 图6 经过几何光顺后的散热器结构

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基于增材制造工艺的散热器结构优化设计 图7 与传统散热器效果比较

来源:安世亚太科技股份有限公司

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