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        散熱器的設計注意事項

        標簽:散熱器的設計 閱讀:749次
        散熱器是最重要的熱設計物料之一。鴻威電子散熱器廠家技術人員來講述散熱器設計應當注意的事項。
        散熱器散熱器的設計,主要考慮以下幾個方面:
        1)發熱源熱流密度;
        2)發熱元器件溫度要求;
        3)產品內部空間尺寸;
        4)散熱器安裝緊固力;
        5)成本考量;
        6)工業設計要求。
        發熱源熱流密度
        熱量從發熱元器件到散熱器之間的傳遞方式是熱傳導。通常情況下,散熱器的基板面積會大于發熱元器件的發熱面積。當元器件熱流密度較大時,擴散熱阻(Spreading Resistance)對熱量傳遞的影響就會顯現。
        擴散熱阻一個簡化直觀的定義是:當熱源與底板的面積相差比較大時,熱量從熱源中心往邊緣擴散所形成熱阻叫擴散熱阻。
        下面通過一個實際的仿真,來描述散熱器設計時需要如何考慮擴散熱阻。結果暫僅通過仿真呈現。趨勢上可以作為參考,量化的精準結果還需要實際測試。
        主要情景設置:
        環境溫度:20 C;
        冷卻方式:強迫對流;
        風量:固定,5 CFM;
        芯片功耗:20W;
        芯片模型:塊簡化,導熱系數15 W/m.K
        散熱器三維尺寸:40 mm*40 mm*20 mm
        界面材料:為了顯性化散熱器設計,先不考慮TIM,仿真中不設置TIM。
        維持主要場景所有設置,芯片尺寸分別設置為30mm * 30mm和10mm*10mm。仿真結果如下:
        散熱器仿真結果圖
        兩種芯片尺寸下,熱流密度分別為:
        30 mm * 30 mm:Pdens = 20 /30/30 = 0.022 W/mm2 = 2.22 W/cm2
        10 mm * 10 mm: Pdens = 20/10/10 = 0.2 W/mm2 = 20 W/cm2
        芯片尺寸縮減后,熱流密度增大了9倍。散熱器在沒有做任何變更的前提下,就造成了芯片約8C的上升。散熱器的熱阻從2.18 C/W升高到2.59 C/W,散熱器整體熱阻惡化了19%。

        10 mm * 10 mm芯片散熱器界面溫度分布
        10 mm * 10 mm芯片散熱器界面溫度分布

        30 mm * 30 mm芯片散熱器界面溫度分布
        30 mm * 30 mm芯片散熱器界面溫度分布

        由于擴散熱阻的存在,芯片熱流密度大時,散熱器邊緣的溫度會明顯低于貼合芯片處的溫度。散熱器邊緣處的利用效率下降。
        結論:同樣一個散熱器,應用于相同的場景,當發熱源的熱流密度增加時,其有效熱阻將增加。
        對于熱流密度比較大的芯片,常見的減小擴散熱阻的方法有以下幾條:
        1)加厚散熱器的基板,降低熱量在平面方向上的傳輸熱阻;
        2)使用導熱系數更高的散熱器材料;
        3)在散熱器基板上埋裝熱管;
        4)使用VC復合到散熱器基板上。

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