散热器设计选型作业规范

散热器设计选型作业规范

文件编号：

版本：V1.1 保密等级：

发出部门：

发布日期：发送：

抄送：

总页数：7页附件：无

主

题词：散热器、选型、设计

文件类别：

跨部门部门内

编制人：

责任人：

审核：

批准：

文件变更记录

变更日期版本变更条款变更内容责任人

文件分发清单

分发部门/人数量签收人签收日期分发部门/人数量签收人签收日期

1.目的

1.1.规范我司散热器基本设计思路，使公司散热器向通用型号集中，提高散热器可共用

性，降低散热器维护成本。

1.2.规范我司散热器选型标准，提高散热器可靠性。

2.范围

2.1.此选型规范适用于公司内部散热器的设计与选型参考。

3.定义

3.1.导热系数：稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K，℃）,在1

秒内，通过1平方米面积传递的热量，用λ表示，单位为瓦/米?度，w/m?k（W/m?K,此处的K可用℃代替）。

3.2.辐射：由电磁波或机械波，或大量的微粒子(如质子，α粒子)由发射体出发，在空

间或媒质中向各个方向的传播过程，也可指波动能量或大量微粒子本身。

3.3.自然对流：由于流体内部存在着温度差，使得各部分流体的密度不同，温度高的流

体密度小，必然上升；温度低的流体密度大，必然下降，从而引起流体内部的流动为自然对流。这种没有外部机械力的作用，仅仅靠流体内部温度差，而使流体流动从而产生的传热现象，称为自然对流。

4.职责

4.1.选型需求人：参考《器件选型作业规范》4.1条款.

4.2.选型负责人：参考《器件选型作业规范》4.2条款.

4.3.选型审核人：参考《器件选型作业规范》4.3条款

5.工作程序

5.1.常用散热器分类

5.1.1.条款按散热器制造工艺分类

分为挤型、压铸、铲齿、焊接、插齿等

5.1.2.按散热器材质分类

分为铝合金散热器、铜合金散热器、铜铝结合散热器、铝加热管散热器、铜加

热管散热器、石墨散热器等

5.1.3.按散热方式分类

分为风冷散热器、液冷散热器、半导体制冷散热器、压缩机制冷散热器等

5.2.条款散热器不同材质与不同制造工艺组合对照表

5.3.常用散热器材料导热系数列表

5.4.散热方案选择

5.4.1.针对大功率LED芯片，其散热方式优先选用热管焊接风冷散热器；当对散热要求

非常高的情况下可选用液冷散热器、半导体制冷散热器或压缩机制冷散热器。

5.4.2.针对大功率芯片（如CPU），选用铝型材加风扇的强迫风冷散热方式。

5.4.3.针对小功率器件，一般选型铝型材散热片，结合系统风扇或自然对流散热方式。

5.4.4.针对低功率器件，一般不加散热器，而且采用自然对流散热方式。

5.5.铝剂散热器介绍

5.5.1.铝剂型材生产工艺介绍

主要是铝棒通过热熔、挤压、从而得到不同截面形状的铝材料。铝型材的生产流

程主要包括熔铸、挤压和上色三个过程。

5.5.2.铝挤型散热器特性

由于铝合金型材具有导热性能较好、加工工艺简单、铝合金密度低、模具费低、

生产效率高等优势，在散热行业中广泛使用。为提高铝型材散热效率，通常手段

是长尽可能多的鳍片，以增大铝型材的截面积。鳍片越密集，数量越多，形状越

复杂，有效散热表面积，储热空间也越大。但不是鳍片越密集，散热效果越好，

其一是其风阻越大，对空气直接的对流系数越小，散热片与空气的热交换越小，

散热效果越差。其二是由于铝挤型材工艺特性“长宽比”瓶颈约束。因此鳍片密

度与对流传热系数达到某个平衡点，器散热效果最佳。其手段可以通过Flotherm

等热仿真软件进行仿真优化，来寻找最优散热方案。（“长宽比”中“长”是指散

热片的鳍片高度；“宽”是指相邻的两个鳍片间距，长宽比越大，说明能做到有效

散热面积越大。目前工艺中铝型材长宽比通常只能达到18左右。）

5.5.3.铝挤型散热器设计要点

5.5.3.1.对应大功率器件（比如CPU芯片），在散热器基板设计时需考虑到短

时间内能尽可能多的吸收释放的热量，即瞬间吸热能力。这是因为

功率芯片核心面积越来越小，但热量越来越大，单位发热量非常大，

只有基板足够厚，热容足够大情况下才能满足其要求。基板厚度可

根据芯片总功耗进行预估，请公式为T=(7xlogW)-6 (W为芯片的功

率)自然对流散热片底板厚度需≥5mm(热平衡时间长)

5.5.3.2.散热器鳍片设计要点

1)对应自然对流散热方式，鳍片间隔在散热片壁面会因为表面的温度变化而

产生自然对流，造成壁面的空气层（边界层）流，空气层的厚度约2mm，

间隔需在4mm以上才能确保自然对流顺利，鳍片间隔太小，两个鳍片的

热边界层易交叉，影响鳍片表面的对流；如果鳍片间隔太大，则鳍片变

少，表面积减少，因此要确保自然对流顺畅的前提下，尽可能增加有效

散热表面积。

2)对应强迫风冷散热方式，鳍片密度要求合理，可通过热仿真软件进行仿真

优化，寻找最佳方案；在平板型鳍片做成横切剖沟，切成多个短部分，

当风向为不定方向时，可提供散热效果；冲击流冷却利用气流由鳍片顶

端向底部冲击，可提供散热效果；在鳍片表面加波浪齿，纹厚一般小于

0.5mm；可提高散热效果；

5.6.常用散热器固定方式

5.6.1.直接粘贴固定方式

5.6.1.1.使用条件

1)芯片热设计功率要求较小，一般在2~5W为宜。

2)芯片与散热片接触处的表面积较大。

5.6.1.2.优点

1)成本较低，组装方便。

2)PCB中无需散热器安装孔，方便PCB走线，同时增加PCB中元器件放置空

间。

5.6.1.3.缺点

1)因为直接粘贴，芯片与散热片之间无扣合压力，不能使之充分接触，导致

接触热阻增加。

2)在运输及震动过程中散热片所受的重量及冲击力会传递给芯片的焊接锡

球，可能导致芯片因接触不良而失效。

3)在运输及震动过程中，散热片容易脱离。散热片粘到芯片后易取下来，维

修不方便。

5.6.2.用Push Pin固定

5.6.2.1.使用条件

1)芯片热设计功率要求较小，一般在3~10W为宜。

2)安装孔位置要求在芯片中心对称，保证芯片受力均衡。

3)由于Push Pin为塑胶件，而且弹簧弹力较小，因此多应用重量轻尺寸小的

散热片中。

5.6.2.2.优点

1)成本较低，组装方便。

2)装卸方便，容易维护。

5.6.2.3.缺点

1)只适合重量较轻、面积较小的铝型散热片中。

2)PCB板上需开安装孔，影响PCB走线。

5.6.3.用六角铜螺柱及螺钉的硬连接

5.6.3.1.使用条件

1)芯片热设计功率较大。

2)一块散热片同时对多个高度不同的芯片进行散热。

5.6.3.2.优点

1)结构稳定可靠，能承受体积大重量大的散热片。

2)抗震性能高，不会出现压伤芯片的情况。

3)装卸方便，容易维护。

5.6.3.3.缺点

1)芯片高度不同，需要不同高度的铜螺柱，可共用性差。

2)较矮芯片与散热片之间的间隙需要用导热垫填充，影响散热效果。

3)PCB板上需开安装孔，影响PCB走线。

5.6.4.用螺丝弹簧的连接

5.6.4.1.使用条件

1)芯片热设计功率较大。

2)一块散热片同时对单个高功率芯片或对多个高度不同的芯片

5.6.4.2.优点

1)结构稳定可靠，能承受体积大重量大的散热片。

2)弹簧能提供扣合压力，因此主芯片与散热器之间可用导热膏填充，避免用

导热垫而产生的热阻，散热效果良好；CPU等高功率芯片均用类似的固定

结构。

3)装卸方便，容易维护；可共用性较好。

5.6.4.3.缺点

1)抗震性较差，整机高强度震动时容易把芯片压伤。

2)PCB板上需开安装孔，影响PCB走线。

5.6.5.散热器固定方式选择

根据我司产品特点，基于可靠性、可维护性及价格综合考虑，优先选用Push Pin

固定及螺丝弹簧的连接固定方式。

5.7.散热器设计与选型要求

5.7.1.散热器固定安装方式

5.7.1.1.针对小功率器件，散热器统一采用Push Pin（塑料卡扣）的固定方式，

安装孔数量统一采用2个

5.7.1.2.针对特殊应用场合，散热器采用螺丝的固定方式，安装孔数量统一采用

4个

5.7.2.安装孔尺寸

5.7.2.1.P CB上对应散热器的安装孔内径统一要求为Φ3mm,覆盖铜箔孔外径统

一要求为Φ6mm，详细尺寸如下

5.7.2.2.针对2孔的固定方案，根据散热片大小不同，暂定两种标准孔距，详细

尺寸如下

5.7.2.3.针对4孔的固定方案，暂定一种标准孔距，详细尺寸如下

5.7.2.4.我司处理器板卡槽位主要有0.8英寸、1英寸两种规格，其中0.8英寸

的槽位的PCB板Top面限高为15mm,扣除芯片本身高度，散热器高度要

求小于等于12mm

5.7.3.散热器选型

5.7.3.1.针对3~6W功率芯片，选用A散热器，详细尺寸如下

5.7.3.2.针对6~10W功率芯片，选用B散热器，详细尺寸如下

5.7.3.3.针对10W以上功率芯片，且外部散热条件恶劣的环境，采用带风扇的散

热方案，散热器共用XX型材，详细尺寸如下

5.8.散热器优选库介绍

5.8.1.散热器优选库作用

提高优选物料的使用频率与兼容性，使散热器选型向少数几款优选物料集中，降

低散热器物料维护成本

4010风扇

5.8.2.散热器物料优选分类

5.8.2.1.优选物料：优先选用，在设计选型中优先推荐选用的物料

5.8.2.2.备选物料：可以选用，是指在划分要素方面存在某种不足。比如：规格

不是优选系列、成本相对偏高、暂无替代方案等。此类物料的选用需经

审核，未来考评优选率时会对开发有影响

5.8.2.3.条件选用物料：是指在划分要素方面存在某种缺陷，在设计时限制选用

的物料，具体如下：

1)在技术方面存在缺陷、方案无法替代。

2)商务方面，如：即将停产、成本显著偏高供应商技术/商务支持难

以到位等

5.8.2.4.禁选物料：是在优选状态划分因素方面存在严重问题，禁止新产品选用。

具体如下：

1)物料的技术性能已明显滞后于同类型物料，例如即将停产，封装类

型陈旧，技术明显落后等情况。

2)有同类型的优选物料可替代使用。

3)质量不稳定，已停产、出现重大质量事故且无有效改进、品牌终止

合作。

4)制造商已明确发出停产通知，告知物料已经停产会即将停产

5.8.2.5.未分类：属于暂时未进行评价的物料。此类物料物料需经过物料认证和

生产达到一定量以后再进行优选状态评定。

5.8.3.散热器优选库维护

5.8.3.1.动态维护：在发生物料停产/质量问题等时采取立即转换优选状态的策

略。采购提供物料停产/升级的信息给器件工程师,器件工程师分配给散

热器优选库OWNER，散热器优选库OWNER负责组织完成跨产品线

和平台的物料变更

5.8.3.2.定期更新：由优选库接口人每季度组织对未分类和有问题的器件组织

物料专家团队进行物料优选评级

5.9.导热材料介绍

5.9.1.导热材料分类

5.9.1.1.根据特性分普通导热材料和相变导热材料

5.9.1.2.根据不同用途分普通导热材料、填充导热材料、绝缘导热材料和粘贴导

热材料等

5.9.2.导热材料的选择

导热膏一般为糊状，导热系数较高，一般用于高功率芯片与散热片接触处。导热

垫由于具有组装方便、无溢出、可靠性高、包装无需做特殊保护等优点，但导热

系数相对较低，因此适用低功耗散热芯片中使用，选择时需根据不同用途选择相

应导热垫。

5.9.3.导热材料厚度选择

根据热阻计算公式：△T=(T*W)/(λ*A),温升与厚度T成正比，为降低导热材料所

带来的温升，要求使用的导热材料越薄却能填补接触间隙为佳；涂导热膏时通常

厚度需要控制在0.12~0.18mm之间为佳。

6.参考文件

6.1.《热设计规范》

6.2.《传热学》

7.附件7.1.无