喇叭状鳍片设计可提高针鳍散热片散热效率

　　气流撞击圆柱形引脚会引起湍流，进而增强气流。受较低的气流阻力以及引脚阵列中的湍流影响，散热片的较大表面积都能暴露于大量气流之中。

　　用于制造针鳍散热片的高导性合金也有助于提高性能。传统和喇叭状鳍片的铸造工艺都使用了 AL1100 和 CDA110 合金，其热导性较高于其他类型散热片所用的合金。

　　通过增加了引脚之间的间距，喇叭状鳍片较传统翼形引脚而言将降温性能又提高了一步。要想了解增加间距对散热片性能所产生的影响，我们必须考虑到散热片设计本身存在的散热片面积与引脚密度之间的冲突问题。

　　要实现显著的降温效果，那么散热片必须有足够的表面面积，否则，如果表面积过小，散热片就不能散发掉足够的热量。同时，如果散热片表面积越大(其包含的引脚就越多)，也就越难让周围气流进入引脚阵列。不幸的是，如果散热片不能充分暴露于周围气流，则不管其表面积多大，都不能有效散热。

　　扩大引脚间距使空气能更方便地流通。要让空气通过散热片的速度与空气进入散热片的速度接近。

　　通过使引脚排列更加紧密来增大表面积，可以提高散热片的降温性能。但是，这样做又会阻碍气流，从而降低散热性能。这是供应商在设计垂直引脚散热片时必然要面临的内在矛盾。

　　但是，通过让引脚向外弯曲，喇叭状引脚有效地克服了表面积与引脚密度之间的矛盾。这种方法在给定的面积下大幅增加了引脚之间的间距。因此，周围气流可更加方便地进出引脚阵列。散热片的表面暴露于流速更快的空气中，散热量也因之得以大幅增加。这种改进在气流速度较低时尤其明显，因为气流速度越慢，周围空气进入散热片引脚阵列就越困难。因此，喇叭状引脚散热片在低气流速度的环境最为适用。

　　较低的压降是喇叭状引脚设计的另一个优势。扩大引脚之间的间距可使空气更方便地通过散热片，相对于引脚间距较小的散热片，也让空气流出散热片的速度更接近于空气进入散热片的速度。压降影响对包含大量散热片和其他元件的板尤其重要，压降较低就能为风扇提供更多气流让器件降温。

　　我们通过两个实验来说明设计人员采用喇叭状引脚设计所能实现的优势。这两个实验将在占位面积、高度、引脚数量、表面积和金属材质相同的条件下比较喇叭状和传统鳍片引脚的散热性能。我们从结果中可以得出这样重要的一点信息，即传统的鳍片引脚本身也很强大，也是目前可用的最高效的散热技术之一。

　　实验一：冷却单个高级 FPGA

　　给定 FPGA 的热量或功耗耗散与 FPGA 门的数量成正比。通常，FPGA门的数量越多，散热就越多。在第一个实验中，我们选用了封装面积为 42.5mm2、散热功率为30W的高级FPGA。首先，我们就该FPGA采用传统的鳍片引脚散热片，并收集温度测量结果了确定散热片的热阻。然后我们选用喇叭状散热片，重复测量过程并再次计算热阻。上述两种散热片的占位面积均为 2.05×2.05英寸，高度为0.6英寸并使用了高导性AL1100铝合金。

　　我们将实验运行三次，每次都用不同的气流速度。第一次，进气流速度为适中的400每分钟直线英尺(LFM);第二次，气流速度降为 200LFM(空气流速较低);而第三次，我们将气流速度降为100LFM(气流速度极低)。