电子产品新型散热结构设计

肖　聪

（ 上海仪电数字技术股份有限公司，上海　200233 ）

电子产品新型散热结构设计

肖聪

（ 上海仪电数字技术股份有限公司，上海200233 ）

一种新型散热结构设计，采用板材冲压成型，与发热芯片相接触，使热量通过冲压成型的散热片传导至外部，从而降低产品的工作温度。加工工艺简单，安装方便，有效提高产品散热性能，同时也大幅度降低产品成本。

散热器；冲压成型；散热性能

0　引言

科技的进步促使当今的终端电子产品集成度越来越高，随着电子产品性能的迅速提升，产品内电子器件运行时所产生的热量也呈现几何级增长，必须迅速散发到环境中（一般为空气），才能避免因温度过高而烧毁电子器件。本文探讨一种新型散热结构设计，采用板材冲压成型，与发热芯片相接触，使热量通过冲压成型的散热片传导至外部，从而降低产品的工作温度。

1　概述

热量的传递有导热、对流换热和辐射换热三种方式。在终端电子设备中，三种换热方式都存在。在同一环境下，散热器散发的热量与散热器换热面积呈线性关系，散热器的换热面积增大，其散发的热量相应加大。

2　现状

目前，常规电子终端产品选用的散热器多为翅片式，见图1。该散热器材质为铝或铜，通过挤压成型。结构特点为：在同等空间内通过增加翅片数量从而增加其换热面积，通过换热面积将芯片吸收的热量散发在空气中。在实际的产品应用中我们发现，翅片散热器的散热效果并不理想。

对于一般电子产品而言，其内部空间狭小有限，自然对流散热功效忽略不计。通过增加翅数而增加的换热面积效果并不显著，原因在于2个翅片间的侧面与空气接触进行换热时，因这部分空气不流动，无法直接将热量传播到散热器周边的空气中，而是将两侧壁间的空气加热，再通过这部分加热的空气将热量传递到散热器周围的空气中，其有效换热面积只能是2个侧壁间的距离。翅片式散热器有效换热面可简化为2个截面、2个侧面以及顶面，见图2。散热器背面因直接与芯片相接触，不参与空气传热。

翅片式散热器简化后的有效换热面积为：S=2A+2LH+LW。

图1　翅片式散热器

图2　翅片式散热器有效换热面积

3　设计

有效利用散热器每一处的面积尤为关键，在这个理论基础上通过板材直接冲压成型，形成一种凹字型的散热器结构。其关键在于顶部为一面积较大的铝片，其上下表面均与周围空气紧密相联并形成有效换热面，形成快速传导和辐射。散热器底部面积与芯片大小一致，底部吸收的热量快速传递到散热器顶部。

与传统翅片散热器相比，凹式散热器结构更为简单，同等重量的情况下，有效换热面积大于翅片式。见图3。将散热器固定在发热芯片上，散热器和发热芯片通过导热硅胶填充，见图4。相对较封闭的环境中，采用凹式散热结构，将温度大面积散热到外壳表面直接散到空气中。

图3　结构示意

图4　工作示意

4　组装

凹式散热器可采用塑料弹簧卡扣固定，在散热器和PCB上开一些通孔，通过塑料弹簧卡扣连接固定，固定方式牢靠，操作简便。发热芯片受压大小可通过弹簧的线径及圈数调节，见图5。

图5　组装示意

5　测试

凹式散热器简化的有效换热面见图6。其顶部的换热面包括上表面及下表面面积，下表面与底部叠加部分不计入有效散热面，其简化后的有效换热面面积为：S=2A+2B+C+D。

图6　凹字型散热器有效换热面积

以实物为例，一款翅片式散热器外形为：（35×39×10）mm， 其 截 面 面 积 为139mm2，重量为13g，简化后的有效换热面积为1994mm2。重新设计的凹式散热器外形为：（35×29×10）mm，截面面积为88mm2，重量为8g。简化后的有效换热面积为2234mm2。凹式散热器重量比传统翅片式散热器减少40%，有效换热面积增加12%。将这两款散热器分别组装在同一批机器上，并保证其测试环境一致，实测数据见表1。

表1　实测数据

6　结语

综上，凹式散热器在同等的材料重量下可增加30%的接触面积，散热性能显著提高，特别适用于封闭狭小的电子产品中，优化散热性能，延长产品使用寿命。采用凹式散热器从生产工艺、技术保障、使用效果和整体成本方面均优于传统翅片状式散热器。

［1］葛新石.传热学［M］.北京：科学出版社，2005.

New Type of Heat dissipation Structure Design for Electronic Products

Xiao Cong
（INESA Digital Technology Co.， LTD.， Shanghai 200233， China）

Article introduces a new type of heat dissipation structure design， which is made of stamping forming sheet metal， being contacted chip， with thus heat is conducted to the external，reducing the working temperature of products. This production process is simple with easy installation， effectively improves the heat dissipation performance， but also greatly reduces the product cost.

Heat sink； Impact molding； Heat dispersion

TM02

A

1674-2796（2016）04-0018-03

2016-04-15

肖聪（1985—），男，大学专科，主要从事结构设计与开发工作。