散热器是电子产品热设计中最常用到的散热强化部件。其强化原理是增加换热面积。同热设计所有部件的设计类似，散热器的优化设计思路也需要从热量传递的三种基本方式出发。

当电子元器件上方附加散热器时，热量从器件内部传递到散热器上，以及热量在散热器内部的传递都属于热传导。经典传热学中热传导可以用傅里叶导热公式描述：

式中， 表示x方向的热流密度，其单位是 。T表示温度。A是导热方向截面积，k是导热系数。

从上式可以看出，导热系数和导热截面积是热传导中影响传热效率的两个关键变量。

在常见的金属中，铝合金和铜合金的导热效能和经济性综合表现是比较好的。因此常见的散热器材质主要是铝合金和铜合金。

提高导热系数是为了降低扩散热阻。扩散热阻尤其在芯片热流密度较高，或者翅片长厚比较大时表现明显。但材料的导热系数提高是有限的，提高散热器基板厚度、翅片厚度等从导热截面面积出发的手段，又受到空间的限制。这样，热管和均温板的使用，在某些热流密度大的场景就非常有优势。

热管和均温板的具体选用和散热强化原理会在第九章详细阐述，简单来讲，可以将其视为一种导热系数极高的传热部件。在高热流密度的场景中，通过在散热器底部镶嵌热管或均温板，可以有效降低扩散热阻，优化散热。

 

先来看用来描述对流换热的牛顿冷却定律：

式中，q为传热量，h称为对流换热系数，A为换热面面积，Tw为固体表面温度，Tf为流体温度。

显然，通过提升对流换热面积，可以直接强化换热。但提升换热面积，通常意味着散热器要做的尺寸更大，进而导致产品整体尺寸变大。这不符合电子产品越来越紧凑的趋势。另外，绝大多数情况下，加大散热器还意味着散热成本提升。

当空间给定，加大散热面积还必须要同时考虑系统风阻，因为细密的散热器在加大散热面积的同时，还会增加风阻，影响内部空气流动，进而降低对流换热系数。要获得最佳的散热面积和对流换热系数的综合最优值，需要多次测试优化对比。

 

除了单纯改变散热器齿间距来获得更高的对流换热系数，散热器的断齿、斜齿、放射齿等，都是在散热面积与对流换热系数之间做权衡。通过降风阻、间隙吸入冷风的效应，来优化散热效果。

 

在系统级的产品设计中，结合整体风道，多个散热器之间需要相互配合，充分利用系统风量，弱化热级联效应。

 

使用自然散热的电子产品，辐射换热往往占有不可忽略的比例。当散热器几何结构设计已经完成时，表面处理方式会显著影响换热效果。电子产品工作的温度范围内，红外线时主要的辐射波长。辐射换热强度与产品的红外辐射率成正比。对于暴露在阳关下的户外产品，设备表面与太阳之间的辐射换热则与其可见光辐射率成正比。

 

由上可知，对于辐射换热，表面处理应当按照如下思路进行设计：

a)          室内产品：结合散热器的工作温度，提高表面红外辐射率；

b)          散热器暴露在阳光下的产品：提高表面红外辐射率，降低表面可见光辐射率。

假定产品内部其它部分设计都已定型，从三种基本热量传递方式的角度进行归纳，散热器的主要优化思路可总结如下：

传热方式	对应优化思路
热传导	1.          使用高导热系数的材料； 2.          使用热管/均温板等均热部件，降低扩散热阻； 3.          齿厚、基板厚度等影响扩散热阻的散热器参数。
对流换热	1.          改变齿数、齿高、基板厚等关键形状参数，使得散热器达到传热面积和流动阻力的综合最优值； 2.          散热齿异形、断齿、错齿、斜齿设计，配合系统风道，充分利用产品内部空间，提高换热强度。
辐射换热	辐射换热主要影响室内自然散热的产品和室外暴露在阳光下的产品。除了扩展散热器面积，还需要选择合适的表面处理方式 a)          室内产品：结合散热器的工作温度，提高表面红外辐射率； b)          散热器暴露在阳光下的产品：提高表面红外辐射率，降低表面可见光辐射率。

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