【CPP114】訊：近年來(lái)，由于電子元器件及其應(yīng)用產(chǎn)品的飛速發(fā)展，熱損耗與熱安全問(wèn)題日益凸顯，電子產(chǎn)品散熱器作為散熱功能性部件，在電子產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域扮演越來(lái)越重要的角色。

  而3D打印在推動(dòng)散熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜化方面將扮演重要的角色,3D打印用于散熱器或熱交換器的制造滿(mǎn)足了產(chǎn)品趨向緊湊型、高效性、模塊化、多材料的發(fā)展趨勢(shì)，特別是用于異形、結(jié)構(gòu)一體化、薄壁、薄型翅片、微通道、十分復(fù)雜的形狀、點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)等加工，3D打印具有傳統(tǒng)制造技術(shù)不具備的優(yōu)勢(shì)。

  本期，3D科學(xué)谷與谷友共同來(lái)領(lǐng)略亞馬遜通過(guò)3D打印開(kāi)發(fā)集成散熱器的PCB方面的探索。

  3D打印釋放電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)新潛力

  更加高效的散熱

  根據(jù)亞馬遜本2020年9月22日獲得通過(guò)的專(zhuān)利US10785864B2，亞馬遜開(kāi)發(fā)了集成散熱器的印刷電路板（PCB），散熱器被配置成從表面安裝的組件，通過(guò)PCB朝著與具有表面安裝的組件的一側(cè)吸取熱量。亞馬遜還開(kāi)發(fā)了連接器，可用于將諸如散熱器之類(lèi)的部件耦合至PCB。

  用于形成PCB的層可以形成為在每一層上具有一個(gè)或多個(gè)孔，通�？卓梢酝ㄟ^(guò)模切或以其他方式（例如，銑削等方式）來(lái)去除材料形成，或通過(guò)其他已知的技術(shù)來(lái)形成。而連接器（也稱(chēng)為“接口”或“耦合器”）可以耦合到PCB孔，從而被配置為耦合到諸如散熱器的其他部件上。

  借助3D打印技術(shù)，可以在增材制造過(guò)程中創(chuàng)建孔，例如通過(guò)省略將材料放置留出每一層中的孔的位置，層可包括導(dǎo)電層，例如部分地由銅或其他導(dǎo)電材料形成的金屬層。每一層中的孔可以具有與不同層具有相同的尺寸，或者可以具有與不同層不同的尺寸。

  電子器件發(fā)熱元件的冷卻對(duì)電子器件的性能起到關(guān)鍵作用，電子元件在安全溫度下有助于維持長(zhǎng)期的使用壽命，避免產(chǎn)生早期產(chǎn)品故障。當(dāng)前，實(shí)現(xiàn)這種冷卻的首選方法是通過(guò)自然對(duì)流的空氣流動(dòng)帶走電子器件的熱量。這種方法成本低，維護(hù)簡(jiǎn)單，無(wú)噪音。

  然而，自然對(duì)流的方法亦有其局限性，其限制因素是它的冷卻極限，當(dāng)對(duì)冷卻要求比較高的時(shí)候，局限性就顯現(xiàn)出來(lái)了。要突破這一局限性，就需要對(duì)散熱元件的結(jié)構(gòu)加以改進(jìn)，熱對(duì)流通過(guò)散熱器或散熱片來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些元件的特點(diǎn)是表面積大，且由高導(dǎo)熱材料如鋁或銅制成。當(dāng)電子元器件變熱，對(duì)流傳導(dǎo)快速帶走熱量。

  自然對(duì)流的成功在很大程度上取決于散熱片的散熱能力，并將其移到周?chē)�的空氣中。設(shè)計(jì)有效的散熱片是一個(gè)仔細(xì)平衡相互矛盾的因素過(guò)程，其中包括需要增加空氣流量和表面面積，同時(shí)減少壓力損失和制造成本。

  如果散熱元器件可以通過(guò)優(yōu)化高導(dǎo)熱材料的幾何形狀，增加空氣流量和表面面積，同時(shí)降低生產(chǎn)成本，那么更多的電子產(chǎn)品就可以通過(guò)自然對(duì)流冷卻，而不是訴諸更昂貴和復(fù)雜的方法。

  散熱器鰭片側(cè)可以包括一個(gè)或多個(gè)鰭片，該一個(gè)或多個(gè)鰭片被配置為在PCB的與具有表面安裝部件的一側(cè)相對(duì)的一側(cè)上散熱。通過(guò)3D打印技術(shù)，散熱器可以形成為結(jié)構(gòu)一體化的單個(gè)組件被制造出來(lái)，因?yàn)闆](méi)有了焊接和組裝，從而減小熱阻并增加從表面安裝部件的熱傳遞效率。并且，結(jié)構(gòu)一體化的散熱器也可以比常規(guī)散熱器輕。

  3D科學(xué)谷Review

  亞馬遜的嘗試包括了兩個(gè)層面的3D打印技術(shù)，一個(gè)是3D打印PCB，另外一個(gè)層面是3D打印散熱器。