在眾多熱管理技術(shù)中,散熱片散熱技術(shù)應(yīng)用非常普遍,其主要原理是通過增加散熱面積的方式來進行散熱?隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展,電子器件的發(fā)熱密度也隨著增加,對于散熱的需求也在不斷增加,這給散熱設(shè)計增加了比較大的難度,而且所需要的成本也極大的增加?近年來散熱技術(shù)特在不斷發(fā)展,新的設(shè)計和制作技術(shù)不斷涌現(xiàn),水冷?冷凍循環(huán)和浸入式沸騰冷卻等散熱技術(shù)都得到了快速發(fā)展,未來可能有效地解決散熱問題,但是從目前來看,最為經(jīng)濟和可靠的散熱方式仍然是散熱片技術(shù),不過為了更好地滿足電子產(chǎn)品的散熱需求,散熱片技術(shù)也需要不斷的創(chuàng)新,通過對散熱片的形狀?材料和制作過程等進行創(chuàng)新,提高其散熱的效果,從而更好地對電子產(chǎn)品進行散熱,保證電子設(shè)備的穩(wěn)定運行,基于此本文對散熱片在電子產(chǎn)品中的設(shè)計分析進行了探究?
一?散熱片材料的選擇
在電子產(chǎn)品散熱片的設(shè)計過程中,最為常用的散熱片材料為鋁?銅等,鋁材料的熱能傳導(dǎo)可以達到209W/m·oC,其具有的特點是設(shè)計成本比較低,因此其具有比較廣泛的應(yīng)用;銅材料的熱能傳導(dǎo)則可以達到309W/m·oC,相較于鋁材料,銅材料的熱傳導(dǎo)性能更加出色,能夠起到更好地散熱效果,但是在電子產(chǎn)品中應(yīng)用這種材料制作散熱片,如果設(shè)計的不是很好,很可能對其它零件造成損傷?基于這種特點,在電子產(chǎn)品中應(yīng)用散熱片時,銅材料常常是作為輔助材料來應(yīng)用的?尤其是將其應(yīng)用到散熱片底部的散熱材料時,能夠有效地提高散熱片在電子產(chǎn)品中運行時的散熱效果,使其熱限阻值得到有效地降低?在電子產(chǎn)品應(yīng)用的散熱片設(shè)計時,還可以綜合應(yīng)用一些具有良好導(dǎo)熱性能的材料,包括polymer?以碳為基材的化合物?金屬粉沫燒結(jié)等材料,通過應(yīng)用這些材料,可以使鋁散熱片的傳導(dǎo)性能得到非常大的提升,缺點是這些材料的價格都比價高,會導(dǎo)致成本的增加?除了上述材料外,還可以應(yīng)用過復(fù)合材料進行輔助設(shè)計,這樣可以在提升散熱片的性能的前提下,降低設(shè)計成本,因此復(fù)合材料在電子產(chǎn)品散熱片的設(shè)計中應(yīng)用越來越廣泛?
二?散熱片在電子產(chǎn)品設(shè)計研究分析
(一) 設(shè)計的原理
在進行電子產(chǎn)品中散熱片的設(shè)計時,利用熱阻來進行設(shè)計是最為常見的方式?熱阻的定義為:R=△T/P
其中,△T的含義是溫度差,而P代表的則是芯片的熱消耗功率?熱阻代表的是器件的熱傳的難易程度,其數(shù)值越大,這說明器件的散熱效果越不好,越小則說明其容易散熱?熱阻主要由三部分組成,即熱由芯片到封裝外殼的熱阻Rjc,熱由封裝表面到散熱片底部經(jīng)由接口材料到散熱片底部的熱阻Rcs,以及熱由散熱片底部傳到大氣中的熱阻Rsa?在這三個值中,Rjc是電子產(chǎn)品的封裝特性,是由產(chǎn)品的封裝設(shè)計決定,在封裝完成之后該值便固定了;Rcs代表的是接口材料的熱阻,這一值的大小主要由接口材料的性質(zhì)來決定;Rsa則是有散熱片的性質(zhì)決定的?散熱片的主要作用是,利用散熱片來降低芯片溫度,使其保護在設(shè)定值以下,從而可以正常運轉(zhuǎn),在散熱片設(shè)計過程中,需要考慮的一個重要因素是成本,要想獲得較高良好的散熱效果,一般通常都需要較高的成本,而對于一般的電子產(chǎn)品來說,應(yīng)用高性能?高成本的散熱組件是不必須要,因此實現(xiàn)散熱片的成本和性能的最優(yōu)設(shè)計時非常重要的,這樣才能夠使散熱片的最佳效益發(fā)揮出來?
(二) 散熱片的設(shè)計
1.包絡(luò)體積與散熱片的設(shè)計?包絡(luò)體積其是就是指散熱片所占的體積,一般來說電子產(chǎn)品的發(fā)熱功率越大,其所需要的散熱片的體積也就越大?在散熱片的設(shè)計過程中,可以根據(jù)包絡(luò)體積進行初步的設(shè)計,然后在根據(jù)其細部進行詳細的設(shè)計?發(fā)熱瓦數(shù)和包絡(luò)體積之間呈現(xiàn)出以下關(guān)系:LogV=1.4XIgW-0.8其中,V的最小數(shù)值是1.5立方厘米?
2.散熱片底部厚度設(shè)計?在散熱片的設(shè)計過程中,其底部厚度對于散熱效率有著比較大的影響,為了使熱能可以傳輸?shù)剿械啮捚?/span>,需要確保散熱片的底部足夠厚,這樣才能夠使鰭片得到充分的利用?但是其底部厚度也不是越厚越好,太厚的話會造成比較大的材料浪費,增大成本,同時還會造成熱的累積,使傳熱能力降低?在進行散熱片底部厚度的設(shè)計時,在熱源部分應(yīng)使其具有較厚的厚度,而邊緣部分則應(yīng)變薄,這樣可以使散熱片快速吸收熱緣附近的熱量,并且傳遞到較薄的區(qū)域,實現(xiàn)散熱?
3.鰭片形狀?在散熱器內(nèi)部,熱的傳導(dǎo)主要是靠對流以及輻射來進行傳播的,其中對流的占比較大?基于這一性質(zhì),在進行鰭片的設(shè)計時應(yīng)考慮三方面的內(nèi)容:首先是鰭片的間隔設(shè)計,為了確保鰭片間對流順利,其間隔應(yīng)保持在4mm以上,但是也不宜過大,過大會導(dǎo)致能夠設(shè)置的鰭片數(shù)量減小,進而影響到散熱的面積,影響散熱的效果?其次,鰭片的角度設(shè)計,鰭片的角度越三度較好:最后,在確定好鰭片的厚度和形狀之后,其厚度和高度的平衡就顯得非常重要?
三?結(jié)語
隨著散熱片設(shè)計的不斷發(fā)展,當前其設(shè)計已經(jīng)非常出色,接近達到極限,空氣冷卻方式在很多方面已經(jīng)不能夠達到要求,在這樣的背景下散熱片的設(shè)計將會朝著和其它散熱器件結(jié)合的方向發(fā)展,從而實現(xiàn)散熱設(shè)計的彈性和多樣化?不過就目前的技術(shù)水平而言,散熱片仍然是最具效益的散熱方式,因此加強其研究還是非常重要的,對于提高電子產(chǎn)品的散熱效果,降低散熱成本都有一定的意義?
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