为什么电绝缘散热器如此罕见？只是成本吗？

编辑：似乎我最初的问题（为什么没有隔热散热器？）是基于一个错误的前提，实际上是隔热散热器-我只是无法通过粗略的搜索找到它们。因此，我改为更改此属性以询问其稀有性。

散热器似乎几乎都由铝，铜或其某种组合制成。这很有道理；铝和铜易于加工且导热率高。但是钻石具有任何已知物质中最高的导热率-当然，很显然，至少可以说，适合用作散热片的钻石的价格非常昂贵，因为它可能必须是单一的宝石品质的晶体，但无法使用导热率类似的立方氮化硼吗？

是的，制造大尺寸的c-BN单晶的制造困难可能与制造大的钻石单晶几乎相同，但是我希望最终价格不会那么高，因为没有戴比尔斯集团追求氮化硼。当然，还有其他具有良好导热性的非金属化合物，其中一些可能更适合于制造。我怀疑它们是否能够达到挤压铝的价格，但有时您确实需要更高的性能。

因此，总而言之，我的问题是：是非金属散热片如此稀有的原因仅仅是成本，还是在最深奥的应用之外还有其他一些缺点使它们不那么受欢迎？

其他答案似乎没有涵盖的一件事是，您只需要一层很薄的电绝缘体（在适度的电压下），而散热器的散热器部分如果厚的话则效果最好。因此，与使用单块导热且电绝缘的材料相比，使用薄的电绝缘屏障再加上厚，便宜且易于制造的金属散热器会更有效。确实存在的几种材料（例如钻石）无法挤出或以其他方式轻易地形成散热器形状。有些可以烧结，但烧结通常不能达到散装材料的导热率。所有这些材料科学的工程效果是，我们最终会做我们一直做的事情。

另一个因素是库存政策：通过存放笨重的坚固散热片和数量较少（因为并非总是需要）的精致小绝缘垫，与库存两种类型的笨重的散热器相比，您的库存占用的存储空间和资金更少。不需要绝缘子时，成本和性能都更好。

这几乎不是一个新问题。我们这些年龄的人还记得用于TO-220和TO-3封装的带有云母绝缘子的散热器。

当时的问题是材料成本和可用性以及材料科学。多年来，我们在理解各种化合物的导热性方面已经走了很长一段路，但它仍然是相对较新的技术（有些导热垫已经问世了数十年，但实际上并不是真正的散热器。对）。

TO-220在设备的集电极/漏极上具有散热器，该散热器通常处于升高的电压下，因此典型的布置使用此技术：

来源。

也可以使用一些导热膏来最大化传热。

现在，这并不能真正解释集成绝缘散热器的相对稀有性。真正可以归结为“是否有必要”，或者我可以简单地使用众所周知的散热片和电绝缘阻隔材料的方法，这种材料便宜得多（至少现在是这样）。

久经考验的旧方法已经使用了数十年，但是对于某些应用程序（尤其是小型设备中的应用程序）来说，这样的解决方案可能不合适。

有相当 一些 产品 可用，但他们往往是有点贵（每瓦的基础上）。对其他材料也有很多研究。

当然，对于闪闪发光的因素，您可以使用these。

因此，归结为很多因素，而成本是主要的驱动力。我还要指出的是，散热器的巨大市场是CPU和GPU，而IC的外壳无论如何都是电绝缘的。

聚合物散热器值得一提。聚合物散热器并不少见。我偶尔会遇到工业，汽车，日用消费品的聚合物散热器。通常很难将它们识别为散热器，因为它们可能具有第二个机械用途（外壳，支架，灯的反射器）。这些散热器始终是定制的注塑零件。

$\mathrm{20 \frac {W} {m\cdot K} }$$\mathrm{200 \frac {W} {m\cdot K} }$

E2是塑料（来源）

这个旧答案中还有一些其他讨论。

关于散热器的事情是，只有两种方法可以最终消除热量，传导和辐射。

因此，最终，假设您的发射率合理地接近于1（仅当可以运行HOT时才真正重要，辐射的功率损耗是绝对温度的四分之一），并且可以使事物与周围的冷却介质（空气）保持良好的热接触。 ，水等），从中制造出的东西只需要一点点（该界面是性能的杀手，而不是散热器的整体导热系数）。

现在，显然您需要设计散热器，以使热量合理有效地穿过散热器，并且在功率通量密度较高的区域中，可能会引起其他盟友的拥护，而对于大多数您拥有大量金属的事物来说，保持ΔT低，最便宜是最好的。

当然对于散热器或绝缘垫圈是不同的，按照定义，在功率通量密度非常高且热阻最小的情况下使用散热器是一件非常好的事，因此通常使用铜来充当这种角色。

对于绝缘子，您确实会看到使用奇特的材料，因为好的电导体还是电绝缘子并不常见，因此氮化硼，氧化铝，氧化铍（！）等在这里都可以使用，我不会被使用钻石的人震惊（可能是在某些奇怪的射频设备中）。

从技术角度来看，制造带有内置隔离垫的散热器肯定是可能的。他们不这样做的原因是经济学。

在不同的机械，电气和热学选择之间，存在许多不同的组合。如果隔离器和散热器是一部分，那么供应商将不得不库存更多唯一的零件号。

通过将隔离器和散热器分解为独特的产品，用户可以有更多选择。

这里是一些要考虑的事情。

1）在许多情况下，用户将在散热器和热组件之间使用间隙垫来弥补机械公差的不足。这意味着每个用户都希望垫具有不同的厚度。

2）隔热垫材料在适应粗糙表面的能力方面有所不同。材料的黏性和导热性之间经常存在交易。

3）不同的用户在电压方面会有不同的隔离要求。在隔离电压，材料厚度和热阻之间需要权衡。

3）在散热片和零件之间添加绝缘体会损害热阻。如果可能不使用绝缘层，则在这种情况下将获得最佳的热性能。

最好的折衷办法是制造一个具有高额定电压[kV / mm]的极薄的大表面积层，并具有足够的硬度，不被割破或刺穿，而且成本也必须很低。

导热绝缘子的特性包括：

Cost-effective
Resistant to tears and cut-through
High dielectric strength
UL94 VO rated options available
Low ageing rate: Pads do not dry out, ooze out or crack  
Gap Filling, if burrs, roughness or planarity is a problem
Compatibility (gas sensors must be non-silicone and LED interfaces must be non-organic)
Low dielectric constant for capacitance load on collector/drain tabs on high dV/dt high voltage drivers

所有电绝缘体都是“电介质”。所有散热器都是良好的导热体。
然而，在固体中，兼具两者的优良特性可能会很昂贵。
相变材料可在压力下使流体转向以提供可能的解决方案。

由于极平的特性，CPU倾向于使用陶瓷玻璃作为散热器的散热盖。

对于线路电压双向可控硅，云母是用于5kV脉冲保护和导热油脂导热的最佳材料。

诸如变压器油之类的电介质流体也具有良好的热绝缘体。

用于比较材料的优点导热绝缘子的使用；

导热系数[W / mK]，
厚度[um]，肖氏硬度[00]，
介电强度[kV / mm]和
热阻抗[˚C-cm²/ W]

$\frac{V}{mm} \cdot \frac{°C\cdot mm}{W}$$\frac{kV}{mm} /\frac{W}{m-K}$。

传统解决方案；云母，3M胶带和一些聚合物胶带。

Aavid Thermalloy最好的经济解决方案是：

Thermalsil III

  uses finely woven glass cloth with a silicone elastomer binder 0.152mm thick
  Dielectric Strength :  26 kV/mm     
  Thermal Conductivity: 0.92 W/m'C   
  UL 94V-0

对于强制空气排热，不是CFM才是最重要的，而是经常被报道，而是湍流表面空气速度控制平均温度[m / s]。

这两个参数的乘积导致最佳的材料性能，但并非最便宜。

实际上，有一个好的解决方案：铝。阳极氧化铝。阳极氧化将表面变成氧化铝，它是绝缘体。好消息：增加了表面积以帮助将热量传导到周围的空气中；坏消息不是平坦，光滑的表面，无法接触功率器件而产生热量。解决方案：导热胶（又名“润滑脂”）。重要说明：铝有几种阳极氧化工艺。大部分漂亮的东西是“ I类”（软）或“ II类”（中等硬度）。您可以使用Class II。如果要冷却的设备没有相对移动，并且牢固地固定在散热器上，并且没有毛刺或划痕，则效果很好。如果 “ s＆” 过多“适合您吗？”然后就是您想要的“ III类”阳极氧化。它倾向于颜色不均匀，黑色具有棕褐色或紫红色色调。它几乎与钻石一样坚硬，并且几乎防刮。仍然需要润滑脂，军事和航空航天已经使用了50多年，它既薄又薄（〜0.025英寸）的阳极氧化垫圈（类似于冲孔的云母TO-3绝缘子），也可以用作整个外壳（例如导弹）。如今很难找到，而且比其他解决方案要贵得多，但是做得很好。

对于“油脂”，请使用陶氏，信越，富士宝利或圣戈班生产的有机硅（非石油基），氧化铝（非氧化锌）。用于PC“游戏者”超频的精品银和铜材料既昂贵又导电。只要III类阳极氧化不会迁移，掉落，变干，粉状或薄片状等附着在当前携带的东西上（不要使用），就可以了。如果您确实需要将大量热量与油脂耦合，那么氧化铍比氧化铝要好几倍。就像对待石棉一样对待它：不要舔它，不要吃它，不要吸入它。它刺激皮肤，所以戴上手套，为“有毒女巫狩猎”的爆发做好准备。这些润滑脂在设备下的厚度仅需为0.0001“至0.0005”（半透明）。用塑料或金属小刮刀涂抹；对于生产量，请使用模板（与用于焊膏的0.005“ SS使用相同类型的模板材料）和刮刀。

我已经看到在安装区域中具有薄陶瓷涂层的散热器，但是Cte的差异是一个问题，它可能会使薄陶瓷破裂。

希望这会有所帮助，我是从40多年来在电子和电子空穴之间徘徊而得到的。

总的来说，我怀疑避免在现场“磨损”并因此进行昂贵的更换是一般应用中避免晶体散热器的关键原因。并不是说金属散热器在该领域永远不会失败。但是总的来说，与晶体散热器相比，在本领域中更换金属散热器会便宜得多，并且所需设备少得多。

刚开始时，晶体散热器的加工成形通常会很昂贵，并且由于热和机械应力会发生一些破裂。如果所有的事情都发生在特殊的散热器工厂，您可能仍会保持在可接受的总成本内。但是对于最终应用制造商来说，需要修整散热器以使其适应等情况并不少见。

其次，在现场应用中，许多散热器遭受的热，机械冲击和振动可能超出晶体散热器的100％存活率。另一方面，好的旧金属散热器可能会遭受相当多的滥用和弯曲。其次，有些甚至用作较大组件的外部底盘的机械固定点。

同样，在晶体散热器的情况下，紧固件可能会代替散热器而成为故障点。较软的紧固件会减轻对散热器的振动损害，但会被这些相同的振动和弯曲逐渐刺穿。

因此，假设智能热关机和警报，晶体散热器可能会成为该领域的偶尔维修项目。现在考虑一下，在您的普通技术人员尝试更换时，该领域需要哪些特殊工具以及什么样的破损率可能适用。我敢打赌，散热器将成为许多公司，政府和私人客户希望本地技术人员即使不使用电路也能处理的东西。只是扳手工作对不对？