安金昊
天津中兴软件有限责任公司 天津市 300300
摘要：近年来,电力电子行业得到了突飞猛进的发展,电子产品应用的范围和领域越来越广,电子产品在使用过程中会产生大量的热量,若不能较好的进行散热,从而导致产品温度升高,进而影响产品的正常运行。
关键词：电子产品；散热结构；设计
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中，才能以免温度过高而烧毁器件。本文详细论述了电子产品新型散热结构的设计。
一、电子产品概述
电子产品是以电能为工作基础的相关产品，主要包括：智能手机、电视机、电脑、游戏机、移动通信产品等。因早期产品主要以电子管为基础原件故名电子产品。
第一代电子产品以电子管为核心。四十年代末世界上诞生了第一只半导体三极管，它以小巧、轻便、省电、寿命长等特点，很快地被各国应用起来，在很大范围内取代了电子管。
五十年代末期，世界上出现了第一块集成电路，它把许多晶体管等电子元件集成在一块硅芯片上，使电子产品向更小型化发展。集成电路从小规模集成电路迅速发展到大规模集成电路和超大规模集成电路，从而使电子产品向着高效能低消耗、高精度、高稳定、智能化的方向发展。
二、电子产品结构设计的特点
随着时代的发展和进步，电子产品结构设计的一些内容必须不断做出优化、革新，若继续按老旧的模式开展工作，不仅无法取得良好的成绩，还有可能在工作实践中造成严重的缺失和不足，这对未来工作的进步将会产生严重的阻碍。因此，电子产品结构设计的特点主要集中在以下方面。首先，电子产品结构设计中要充分考虑结构的合理安排。当前，很多电子产品都在不断从特色化角度出发，为了在结构上取得更好的优化，需要对不同的电子元件位置、运行方式等进行深入研究，这样才能在未来工作的开展中不断做出更加卓越的贡献。其次，在电子产品结构设计中必须加强多项技术指标的考量及分析，尤其是温度指标。当温度表现为过高的情况，散热的难度也会不断提升，这就容易导致电子元件烧毁或爆炸，因此，应坚持在今后工作落实过程中做出良好的改进。
三、电子产品结构设计的基本原则
1、需要能将其预期的功能实现，在结构整体设计的基础上，协调各个结构间的关系，对电子产品结构实施简化，从而实现一个结构多种功能。
2、按强度及刚度要求，采用结构设计、减小应力集中、改善受力情况来增加强度，并实施检测，以此来有效满足所需强度及刚度。
3、需要能满足制造工艺及装配要求，在实际结构设计中需对电子产品的相关配置进行简化，以及提升产品装配性能、合理划分装配单元等来实现零部件的合理安装。
4、需要确保美观，电子产品除需要确保使用性能外，还需要其外在的美观性。
四、提升散热片设计水平的必要性
当前，虽然散热器在新制作程序和具体的设计技术水平都在不断的提升，注入水冷、浸入式沸腾冷却和冷冻循环等各种不同类型的冷却技术也开始被应用于解决电子产品存在的散热问题。但在这些散热器设计技术中，散热片更加的经济与可靠。因此，要想更好的满足电子产品在未来时间内的散热需要，在散热片的形状、材料和制作程序的设计上都需使用新技术，从而能在集成其他种类散热器件的基础上，提升其设计方式在应用过程中的效率。同时，不管未来电子产品的发展趋势如何，散热片一直都是最简单且有效的产品散热方式。在部分电子产品中，高效能散热片的设计可在配合CFD软件的基础上对产品软件进行完整的分析，从而更好的了解产品内部气流的流动和热传递的实际情况。此外，相关人员不论是要设计、制造，还是要应用散热片，需先了解其设计特点，从而能用最简单的设计方案达到良好的设计与应用效果，进而更好的解决电子产品本身存在的散热问题。
五、电子产品新型散热结构现状
当前，常规电子终端产品选用的散热器多为翅片式。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个侧面及顶面，见图1。散热器背面因直接与芯片相接触，不参与空气传热。
图1翅片式散热器有效换热面积
六、板材冲压散热量的设计
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。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。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。
七、板材冲压散热器的组装
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，此固定方式牢靠，操作方便，使受压的发热芯片受力小及受力大小固定不变，固定松紧可通过调节弹簧的线径及圈数来调节，此固定方式有效的减少了散热器压坏PCBA上的发热芯片可能，安装方便牢靠。
八、散热器的性能测试结果
在产品的实际使用中发现，翅片散热器的散热效果不佳，主要原因是在电子产品内部有限的空间中翅片散热器的有效传热面积较小，因此如何有效的利用好散热器每一处的面积尤为关键，在这个理论基础上提出了一种“凹”字形的散热器，其散热器的关键在于顶部为一面积较大的铝片，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几个面，注意其顶部的换热面包括上表面及下表面的面积，其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计算公式为：S＝2×A＋2×B＋C＋D。以实物为例，某款翅型散热器其尺寸大小为：L×W×H＝35×39×10mm，其截面面积为139mm2，重量为13g。简化后的有效散热面积为1994mm2，重新设计的“凹”字形的散热器其尺寸大小为：L×W×H＝35×29×10mm，截面面积为88mm2，重量为8g，简化后的有效散热面积为2234mm2。由以上数据可看出，新型的“凹”字形散热器的重量比传统翅型散热器轻40％，而其有效的散热面积却比翅型散热器有效散热面积大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的条件下。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中，使用此类散热器，能优化散热性能，从而延长产品的使用寿命。
参考文献：
[1]唐忠辉.电子产品新型散热结构设计[J].数码设计，2019(08).
[2]肖聪.电子产品新型散热结构设计[J].电动工具,2016(04).
[3]冯继林.电子产品新型散热结构设计研究[J].信息周刊,2018(02).