您的当前位置:首页正文

电子产品新型散热结构设计

2020-06-09 来源:汇智旅游网
研究与设计l Research and Design 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) 摘要:这是一种新型的散热结构设计,采用板材冲压成型,实现和发热芯片相接触,使热量通过 冲压成型的散热片传导到外部,从而使产品的工作温度降低。此产品生产加工工艺简单,安装方 便,有效提高了产品散热性能,同时也大幅度降低了产品成本。 关键词:散热器;冲压成型;散热性能 中图分类号:TN02文献标识码:A 文章编号:1 674—2583(201 7)02—0038—03 DOI:1 0.1 93394.issn.1 674-2583.201 7.02.009 中文引用格式:肖聪.电子产品新型散热结构设计[J】.集成电路应用,2017,34(2):38—40. Design of New Heat Dissipation Structure for Electronic Products XlAO Cong (Shanghai YiDian digital technology Ltd,Shanghai 200233,China.) Abstract:This paper introduces a new type of heat dissipation structure design which iS made of sheet metaI stamping forming。implementation and fever contact chip。made by heat stamping forming fin conduction to the external,and it reduce the working temperature of products.This product production process iS simple,easy installation。effectively improve the heat dissipation performance products,but also greatly reduces the product cost. Key word:heat sink,impact molding,heat dispersion 1引言 辐射4次方定律: 由于目前的终端电子产品集成度越来越高,性能越 来越好,相应的其发热量也呈几何式的增加,产品内的 电子器件运行时所产生的热量必须要迅速的散发到环境 Q=5・67e一8丰 ( 一 ) (3) 其中分别为导热系数、对流系数以及表面发射 中(一般为空气),才能以免温度过高而烧毁器件。热 率, 是换热面积,通过三个公式可以看出,在同一 量的传递有导热、对流换热和辐射换热三种方式,在终 个环境下,散热器的散发的热量与散热器的换热面 端设备当中这三种换热方式都存在。三种传热方式传递 积有线性的关系,当散热器的换热面加大时,其散 的热量分别由以下公式计算 J: Fourier导热公式: 发的热量相应加大。 一般终端产品所选用的散热器都为翅片散热器 Q= ( 一 )/ Newton对流换热公式: (1) (参考图1),材质为铝或铜,通过挤压成型。翅片 散热器结构的优点为在同等空间内通过增加翅片的 数量从而加大其换热表面积,通过大的换热面积将 a= 一 ) (2) 从芯片吸收的热量散发在空气中。但在实际的产品 作者简介:肖聪,上海仪电数字技术股份有限公司工程师,研究方向:电子产品结构。 收稿日期:2016—12-12,修回日期:2016-12-28。 38 I集成电路应用第34卷第2期(总第281期)2017年2月 Research and Design]研究与设计 … 图1翅片散热器 中我们发现,翅片散热器的散热效果并不是特别好, 原因在于,对于一般电子产品,其内部是有限的空 间,在有限的空间中,散热器只存在微弱的自然对流 散热以及辐射散热和传导散热,因此在这种情况下可 以不考虑自然对流散热对散热器散热的影响。而对于 传导换热,翅片散热器通过增加翅数而增加的换热面 积也并不是有效的,原因在于2个翅片之间的侧面与 空气接触进行换热,而这部分的空气是不流动的,无 法直接将热量传播到散热器周边的空气中,而是将两 侧壁之间的空气加热,再通过这部分加热的空气将热 量传导到散热器周围的空气中,其有效的散热面积就 只能是2侧壁之间的这段距离。可以将这类翅型散热 器的有效的换热面简化成2个截面、2个侧面以及顶 面的面积(参考图2),散热器背面的面因为直接与 芯片相接触,所以不参与与空气的传热 J。 对于辐射传热,与传导传热一样的,翅型散热器 2个翅片之间的侧面也不是有效的热辐射面,热能辐 射不出去,所以其有效的热辐射面也可简化成2个截 面、2个侧面以及顶面(参考图2),其散热器背面的 面因为直接与芯片相连,所以不参与辐射传热。 翅片散热器简化后的有效换热面的面积计算公式 教热嚣截面 散热嚣科面 散热嚣_嫡,面l卧 图2侧面及顶面散热器 图3板材冲压散热器 散热器 图4板材冲压散热器剖面 如下: S=2xA+2× H+三X (4) 其中,A为散热器截面的面积。 我们通过板材直接冲压成型,形成一种凹字型 的散热器结构。与传统翅片散热器相比,其结构更 为简单,且在与翅型散热器同等重量的情况下,新 型散热器的有效散热面积是大于翅型散热器的,这 样可以有效提升散热器散热效果。对于相对比较封 闭的环境中,采用“凹”型的散热结构,将温度大 面积散热到外壳的表面直接散到空气中。或者在同 样散热效果的情况下, “凹”字型散热器的重量明 显小于翅型散热片,经过试验证明可以减少35%左 右的重量,而对于铝材散热器,其成本与其重量有 直接关系, “凹”型散热器所减少的35%左右的重 量可以为企业节约一大笔开支。 2板材冲压散热器的设计 散热器采用板材冲压成型,在板材中冲成一个 “凹”型台阶,如图3,将此散热器直接固定在发热 芯片上,散热器和发热芯片通过导热硅胶填充,如 图4所示。 3板材冲压散热器的组装 散热器可以采用塑料弹簧卡扣固定,在散热器 集成电路应用第34卷第2期(总第281期)2017年2月l 39 研究与设计l Research and Deslgn 翅片散热器的有效传热面积比较小,因此如何有效的 塑料弹簧卡扣 利用好散热器每一处的面积尤为关键,在这个理论基 础上而提出了一种“凹”字形的散热器,其结构形式 参考图3,其散热器的关键在于顶部为一面积比较大 的铝片,其铝片上下表面均与周围空气紧密相连并形 成有效的换热面,这样顶部的铝片就能很好的将热量 传导和辐射出去,其散热器底部面较小,其大小与芯 PCBA上发热芯片 片大小一致,底部的作用主要起吸收芯片传递的热 量,其散热器中间部分主要作用为将底部吸收之热量 快速的传递到散热器的顶部。该散热器的有效换热面 可简化为图6所示的几个面,注意其顶部的换热面包 图5板材冲压散热器的安装 黼瓣 括上表面以及下表面的面积,其下表面与底部叠加部 一 分不计人有效散热面,其简化后的有效换热面面积计 算公式为: S=2× +2× +C+D (5) 以实物为例,某款翅型散热器,其尺寸大小为: L×w ̄H=35 ̄39×10 mm,其截面面积为139 mm , 重量为13 g。简化后的有效散热面积为1 994 mm2, 重新设计的“凹”字形的散热器其尺寸大小为: 图6板材冲压散热器的有效换热面 L×w ̄H=35 ̄29×10 mm,截面面积为88 mm2,重量 为8 g,简化后的有效散热面积为2 234 II1I1'"12。由以上 和PCB上开一些通孔,通过塑料弹簧卡扣连接固 数据可看出,新型的“凹”字形散热器的重量比传统 定,此固定方式牢靠,操作方便,使受压的发热芯 翅型散热器轻40%,而其有效的散热面积却比翅型散 片受力小及受力大小固定不变,固定松紧可以通过 热器有效散热面积大12%。将这两款散热器分别组装 调节弹簧的线径及圈数来调节,此固定方式有效的 在同一批机器上,并保证其测试环境一致的条件下, 减少了散热器压坏PCBA上的发热芯片可能,安装 实验测得如表1数据。 方便牢靠,如图5所示。 4散热器的性能测试结果 根据实际测试数据分析, “凹”型散热器在同 等的材料重量下,可以增加30%的接触面积,这样 散热性能显著的提高,特别对于封闭狭小的电子产品 在产品的实际使用中发现翅片散热器的散热效 中,使用此类散热器,可以优化散热性能,延长产品 果不佳,主要原因是在电子产品内部有限的空间中 的使用寿命。 表1翅片散热器与冲压散热器的效换效果对比 5结语 采用“凹”型冲压散热器,从生产工 艺、技术保障、使用效果和整体成本方面均 远优于传统翅片状散热器,因此具有良好的 市场应用潜力和大范围推广的意义。 参考文献 [1]葛新石.传热学[M].北京:科学出版 社,2005. [2]肖聪.电子产品新型散热结构设计[J]. 电动工具,2016(08). 4O I集成电路应用第34卷第2期(总第281期)2017年2月 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容