在众多热管理技术中,散热片散热技术应用非常普遍,其主要原理是通过增加散热面积的方式来进行散热｡随着电子技术的不断发展,电子器件的发热密度也随着增加,对于散热的需求也在不断增加,这给散热设计增加了比较大的难度,而且所需要的成本也极大的增加｡近年来散热技术特在不断发展,新的设计和制作技术不断涌现,水冷､冷冻循环和浸入式沸腾冷却等散热技术都得到了快速发展,未来可能有效地解决散热问题,但是从目前来看,最为经济和可靠的散热方式仍然是散热片技术,不过为了更好地满足电子产品的散热需求,散热片技术也需要不断的创新,通过对散热片的形状､材料和制作过程等进行创新,提高其散热的效果,从而更好地对电子产品进行散热,保证电子设备的稳定运行,基于此本文对散热片在电子产品中的设计分析进行了探究｡
一､散热片材料的选择
在电子产品散热片的设计过程中,最为常用的散热片材料为铝､铜等,铝材料的热能传导可以达到209W/m·oC,其具有的特点是设计成本比较低,因此其具有比较广泛的应用;铜材料的热能传导则可以达到309W/m·oC,相较于铝材料,铜材料的热传导性能更加出色,能够起到更好地散热效果,但是在电子产品中应用这种材料制作散热片,如果设计的不是很好,很可能对其它零件造成损伤｡基于这种特点,在电子产品中应用散热片时,铜材料常常是作为辅助材料来应用的｡尤其是将其应用到散热片底部的散热材料时,能够有效地提高散热片在电子产品中运行时的散热效果,使其热限阻值得到有效地降低｡在电子产品应用的散热片设计时,还可以综合应用一些具有良好导热性能的材料,包括polymer､以碳为基材的化合物､金属粉沫烧结等材料,通过应用这些材料,可以使铝散热片的传导性能得到非常大的提升,缺点是这些材料的价格都比价高,会导致成本的增加｡除了上述材料外,还可以应用过复合材料进行辅助设计,这样可以在提升散热片的性能的前提下,降低设计成本,因此复合材料在电子产品散热片的设计中应用越来越广泛｡
二､散热片在电子产品设计研究分析
(一) 设计的原理
在进行电子产品中散热片的设计时,利用热阻来进行设计是最为常见的方式｡热阻的定义为:R=△T/P
其中,△T的含义是温度差,而P代表的则是芯片的热消耗功率｡热阻代表的是器件的热传的难易程度,其数值越大,这说明器件的散热效果越不好,越小则说明其容易散热｡热阻主要由三部分组成,即热由芯片到封装外壳的热阻Rjc,热由封装表面到散热片底部经由接口材料到散热片底部的热阻Rcs,以及热由散热片底部传到大气中的热阻Rsa｡在这三个值中,Rjc是电子产品的封装特性,是由产品的封装设计决定,在封装完成之后该值便固定了;Rcs代表的是接口材料的热阻,这一值的大小主要由接口材料的性质来决定;Rsa则是有散热片的性质决定的｡散热片的主要作用是,利用散热片来降低芯片温度,使其保护在设定值以下,从而可以正常运转,在散热片设计过程中,需要考虑的一个重要因素是成本,要想获得较高良好的散热效果,一般通常都需要较高的成本,而对于一般的电子产品来说,应用高性能､高成本的散热组件是不必须要,因此实现散热片的成本和性能的最优设计时非常重要的,这样才能够使散热片的最佳效益发挥出来｡
(二) 散热片的设计
1.包络体积与散热片的设计｡包络体积其是就是指散热片所占的体积,一般来说电子产品的发热功率越大,其所需要的散热片的体积也就越大｡在散热片的设计过程中,可以根据包络体积进行初步的设计,然后在根据其细部进行详细的设计｡发热瓦数和包络体积之间呈现出以下关系:LogV=1.4XIgW-0.8其中,V的最小数值是1.5立方厘米｡
2.散热片底部厚度设计｡在散热片的设计过程中,其底部厚度对于散热效率有着比较大的影响,为了使热能可以传输到所有的鳍片,需要确保散热片的底部足够厚,这样才能够使鳍片得到充分的利用｡但是其底部厚度也不是越厚越好,太厚的话会造成比较大的材料浪费,增大成本,同时还会造成热的累积,使传热能力降低｡在进行散热片底部厚度的设计时,在热源部分应使其具有较厚的厚度,而边缘部分则应变薄,这样可以使散热片快速吸收热缘附近的热量,并且传递到较薄的区域,实现散热｡
3.鳍片形状｡在散热器内部,热的传导主要是靠对流以及辐射来进行传播的,其中对流的占比较大｡基于这一性质,在进行鳍片的设计时应考虑三方面的内容:首先是鳍片的间隔设计,为了确保鳍片间对流顺利,其间隔应保持在4mm以上,但是也不宜过大,过大会导致能够设置的鳍片数量减小,进而影响到散热的面积,影响散热的效果｡其次,鳍片的角度设计,鳍片的角度越三度较好:最后,在确定好鳍片的厚度和形状之后,其厚度和高度的平衡就显得非常重要｡
三､结语
随着散热片设计的不断发展,当前其设计已经非常出色,接近达到极限,空气冷却方式在很多方面已经不能够达到要求,在这样的背景下散热片的设计将会朝着和其它散热器件结合的方向发展,从而实现散热设计的弹性和多样化｡不过就目前的技术水平而言,散热片仍然是最具效益的散热方式,因此加强其研究还是非常重要的,对于提高电子产品的散热效果,降低散热成本都有一定的意义｡
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