电子产品散热器的设计考虑因素

　　上一期我们就大功率LED路灯电子散热器的主要散热方式做了详细的介绍和说明。本期我们简单的对电子产品散热器的设计考虑因素进行描述，作为专业的电子散热器，型材散热器，插片散热器生产制造厂家ylzz线路检测，我们将尽心整理并发布各种散热器相关知识，竭诚为您服务。

　　在传热学理论中可以看到，增大面积是强化传热的有效手段。散热器的本质就是一个可以在相同空间内扩大传热面积的部件。当然，扩大到什么程度，如何扩大，需要综合许多工程因素。本章来讲述为什么这些因素有影响，以及如何考虑这些因素。

　　1 散热器设计需考虑的方面

　　散热器的设计，主要考虑以下几个方面：

　　1) 发热源热流密度;

　　2) 发热元器件温度要求;

　　3) 产品内部空间尺寸;

　　4) 散热器安装紧固力;

　　5) 成本考量;

　　6) 工业设计要求。

　　1.1 发热源热流密度

　　热量从发热元器件到散热器之间的传递方式是热传导。通常情况下，散热器的基板面积会大于发热元器件的发热面积。当元器件热流密度较大时，扩散热阻(Spreading Resistance)对热量传递的影响就会显现。扩散热阻一个简化直观的定义是：当热源与底板的面积相差比较大时，热量从热源中心往边缘扩散所形成热阻叫扩散热阻。

　　下面通过一个实际的仿真，来描述散热器设计时需要如何考虑扩散热阻。

　　图 仿真模型图示

　　主要情景设置：

　　1)环境温度：20 ℃;

　　2)冷却方式：强迫对流;

　　3)风量：固定，5 CFM;

　　4)芯片功耗：20W;

　　5)芯片模型：块简化，导热系数15 W/m.K

　　6)散热器三维尺寸：40 mm•40 mm•20 mm，材质：Al6061;

　　7)界面材料：为了显性化散热器设计，先不考虑TIM，仿真中不设置TIM;

　　8)仿真工具：Flotherm 12.0.

　　维持主要场景所有设置，芯片尺寸分别设置为30mm•30mm和10mm•10mm。仿真结果如下：

　　图 散热器底部温度分布：芯片尺寸：30mm•30mm(左);芯片尺寸：10mm•10mm(右)

　　两种芯片尺寸下，表面热流密度分别为：

　　30mm•30mm：Pdens = 20/30/30 = 0.022 W/mm2 = 2.22 W/cm2

　　10mm•10mm: Pdens = 20/10/10 = 0.2 W/mm2 = 20 W/cm2

　　芯片尺寸缩减后，热流密度增大了9倍。散热器在没有做任何变更的前提下，就造成了芯片约20℃的上升。

　　图 散热器界面温度分布：左——芯片大小10 mm • 10 mm;右—— 30 mm • 30 mm

　　可以看到，由于扩散热阻的存在，芯片热流密度大时，散热器边缘的温度会明显低于贴合芯片处的温度。散热器边缘处的利用效率下降。

　　扩散热阻的详细理论计算可参考文章：

　　http://www.electronics-cooling.com/1998/01/calculating-spreading-resistance-in-heat-sinks/

　　结论：同样一个散热器，应用于相同的场景，当发热源的热流密度增加时，其有效热阻将增加。

　　对于热流密度比较大的芯片，常见的减小扩散热阻的方法有以下几条：

　　1)  加厚散热器的基板，降低热量在平面方向上的传输热阻;

　　2)  使用导热系数更高的散热器材料;

　　3)  在散热器基板上埋装热管;

　　4)  使用VC复合到散热器基板上。

　　本文节选自陈继良《从零开始学散热》第六章

　　下一期将对电子散热器的六种散热方式常识科普做详细介绍，如需了解更多凯盛散热器的信息，请持续关注。

　　电子产品散热器的设计考虑因素由电子散热器生产销售厂家ylzz线路检测于 2021-05-22 11:17:55 整理发布。

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