电子产品散热设计原理解析：优化性能与温度管理

散热在电子产品中的工作原理

电子产品中使用的电路会随着使用而升温，如果其温度升至 100°C 以上至约 120°C，就会变得不稳定。因此，实施适当的散热系统非常重要。本文介绍了电子产品中使用的最佳散热系统。

下图显示了安装在印刷电路板 (PCB) 上的集成电路 (IC) 的散热系统示例。在 IC 的顶部，堆叠了多个组件，例如称为热界面材料 (TIM) 的聚合物材料、称为散热器的铜板、另一种 TIM 和散热器。IC产生的热量会流向散热片和PCB。虽然还有其他传热途径，但由于量小，可以忽略不计。

确定流向散热器的热量

可以使用基尔霍夫定律估算流向散热器和 PCB 的热量，该定律用于计算电流总和。流过每一侧的热量与热阻值的倒数成正比，可用下式表示。从这个等式可以看出，更多的热量流向热阻较低的一侧。换句话说，通过使带有散热器的一侧的热阻尽可能低，流向散热器的热量将多于流向 PCB 的热量。

确定目标热阻值

如果 IC 产生 70W 的热量，其中 80% 的热量流向散热器一侧，则流经散热器的热量为 56W。如果IC的允许温度为100°C，散热后的最高环境温度为45°C，则有散热器的一侧的目标热阻为0.98[K/W]。

这个热阻是有散热片一侧的散热元件热阻的总和：TIM1、散热器、TIM2、散热片。换句话说，要达到目标总热阻，每个组件都会有一个特定的热阻值。由于此概念类似于预算分配，因此通常称为“热预算”。

下图为四个散热元件的热阻，合计为0.98 K/W。由于散热效率和成本会因每个组件而异，因此考虑最具成本效益的设计非常重要。

为每个组件设计散热目标

用于散热的各种组件中的每一个都必须单独考虑。例如，在确定最终值之前，使用以下三个点计算散热器的热阻。散热器类型风机类型风扇和散热器之间的气流速率散热片是一块铜板，负责散热，不同位置的热阻值不同，需要提前计算。

本文更新于：2023-05-18 14:36:12