在眾多熱管理技術中,散熱片散熱技術應用非常普遍,其主要原理是通過增加散熱面積的方式來進行散熱?隨著電子技術的不斷發展,電子器件的發熱密度也隨著增加,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?近年來散熱技術特在不斷發展,新的設計和制作技術不斷涌現,水冷?冷凍循環和浸入式沸騰冷卻等散熱技術都得到了快速發展,未來可能有效地解決散熱問題,但是從目前來看,最為經濟和可靠的散熱方式仍然是散熱片技術,不過為了更好地滿足電子產品的散熱需求,散熱片技術也需要不斷的創新,通過對散熱片的形狀?材料和制作過程等進行創新,提高其散熱的效果,從而更好地對電子產品進行散熱,保證電子設備的穩定運行,基于此本文對散熱片在電子產品中的設計分析進行了探究?
一?散熱片材料的選擇
在電子產品散熱片的設計過程中,最為常用的散熱片材料為鋁?銅等,鋁材料的熱能傳導可以達到209W/m·oC,其具有的特點是設計成本比較低,因此其具有比較廣泛的應用;銅材料的熱能傳導則可以達到309W/m·oC,相較于鋁材料,銅材料的熱傳導性能更加出色,能夠起到更好地散熱效果,但是在電子產品中應用這種材料制作散熱片,如果設計的不是很好,很可能對其它零件造成損傷?基于這種特點,在電子產品中應用散熱片時,銅材料常常是作為輔助材料來應用的?尤其是將其應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?在電子產品應用的散熱片設計時,還可以綜合應用一些具有良好導熱性能的材料,包括polymer?以碳為基材的化合物?金屬粉沫燒結等材料,通過應用這些材料,可以使鋁散熱片的傳導性能得到非常大的提升,缺點是這些材料的價格都比價高,會導致成本的增加?除了上述材料外,還可以應用過復合材料進行輔助設計,這樣可以在提升散熱片的性能的前提下,降低設計成本,因此復合材料在電子產品散熱片的設計中應用越來越廣泛?
二?散熱片在電子產品設計研究分析
(一) 設計的原理
在進行電子產品中散熱片的設計時,利用熱阻來進行設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是電子產品的封裝特性,是由產品的封裝設計決定,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來決定;Rsa則是有散熱片的性質決定的?散熱片的主要作用是,利用散熱片來降低芯片溫度,使其保護在設定值以下,從而可以正常運轉,在散熱片設計過程中,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品來說,應用高性能?高成本的散熱組件是不必須要,因此實現散熱片的成本和性能的最優設計時非常重要的,這樣才能夠使散熱片的最佳效益發揮出來?
(二) 散熱片的設計
1.包絡體積與散熱片的設計?包絡體積其是就是指散熱片所占的體積,一般來說電子產品的發熱功率越大,其所需要的散熱片的體積也就越大?在散熱片的設計過程中,可以根據包絡體積進行初步的設計,然后在根據其細部進行詳細的設計?發熱瓦數和包絡體積之間呈現出以下關系:LogV=1.4XIgW-0.8其中,V的最小數值是1.5立方厘米?
2.散熱片底部厚度設計?在散熱片的設計過程中,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到所有的鰭片,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計時,在熱源部分應使其具有較厚的厚度,而邊緣部分則應變薄,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域,實現散熱?
3.鰭片形狀?在散熱器內部,熱的傳導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,在進行鰭片的設計時應考慮三方面的內容:首先是鰭片的間隔設計,為了確保鰭片間對流順利,其間隔應保持在4mm以上,但是也不宜過大,過大會導致能夠設置的鰭片數量減小,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?結語
隨著散熱片設計的不斷發展,當前其設計已經非常出色,接近達到極限,空氣冷卻方式在很多方面已經不能夠達到要求,在這樣的背景下散熱片的設計將會朝著和其它散熱器件結合的方向發展,從而實現散熱設計的彈性和多樣化?不過就目前的技術水平而言,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,對于提高電子產品的散熱效果,降低散熱成本都有一定的意義?
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