目录
摘要
散热方式分类
1.传导
2.对流
对流换热系数
对流方式
3.辐射
热阻
散热器
作用
材质
底部厚度
鳍片
表面处理
压力设计
界面材料
相关标准
摘要
散热设计是硬件设计中的进阶内容，掌握散热原理和设计要点是很有必要的。
散热方式分类
散热方式有三种，分别是传导，对流和辐射。
1.传导
传导一般是指固体和固体之间的热传递，比如发热芯片中，热量通过PCB板传导出去，两者并不产生相对运动，仅靠物体内部微粒的热运动传递了热量，是固体的主要传热方式。
公式：𝑸=K A (𝑻_𝒉𝒐𝒕−𝑻_𝒄𝒐𝒍𝒅)/𝜹
𝑸：传热量，W K：热导率，或导热系数，W/(m·℃)；
𝑻_𝒉𝒐𝒕：热表面温度，℃；
𝑻_𝒄𝒐𝒍𝒅：冷表面温度，℃；
𝜹：材料厚度，m。
2.对流
对流散热是最主要的散热方式，常见的芯片散热器就是对流的方式，要么是自然对流，要么是强制对流。
自然对流是指没有依靠外部设备，仅仅靠高温气体的热胀冷缩带动空气局部流动；
强制对流是指通过风扇等设备，强行控制流体介质的流动。
细分的，对流不仅仅是指空气，还可以包含其他介质，如冷却油等等。
公式：𝑸=hA（T𝒘−T𝒇）
𝑸：传热量，W h：对流换热系数，W/(m²·℃)；
A：对流换热面积，m²；
T𝒘：壁面温度，℃；
T𝒇：流体温度，℃。
对流换热是主要的散热方式，其中的主要工作是寻找对流换热系数。
对流换热系数
对流换热系数跟很多参数有关，包括：
流速，导热系数，密度，粘度，比热容等，求解的过程比较复杂。
可以知道的是
流速越大，对流换热系数越大，因为能带走的热量更多；
导热系数越大，对流换热系数越大，导热系数象征导热能力；
密度越大，对流换热系数越小，密度表征质量参数；
粘度越大，对流换热系数越小，粘度大则流体不容易流动；
比热容越大，对流换热系数越大，因为比热容大，代表可以吸收的能量越多。
对流方式
可以分为层流和湍流。
层流：流速缓慢,流体分层地平行于壁面方向流动,垂直于流动方向上的热量传递主要靠分子扩散（即导热）。
湍流 ：流体内存在强烈的脉动和旋涡，使各部分流体之间迅速混合,因此湍流对流换热要比层流对流换热强烈,表面传热系数大。
3.辐射
辐射散热在整体散热中占比很小，是通过电磁辐射的方式传递能量。
公式：𝑸=𝜺𝑨𝜎 𝑻^𝟒 Q：传热量，W
𝜺：物体表面黑度；
𝑨：辐射表面积，㎡；
𝜎：斯蒂芬-玻尔兹曼常数；
𝑻：物体表面热力学温度。
与导热和对流换热相比，热辐射具有如下特点：
①辐射能可以通过真空自由地传播而无需任何中间介质；
②一切物体温度高于0K的物体均能够持续地发射出辐射能，同时也能持续地吸收来自其他物体的辐射能；
③热辐射不仅具有能量的传递，而且具有能量形式的转换。发射时从热能转换为辐射能，而被吸收时又从辐射能转换为热能。
热阻
热阻是表示热量传递难易程度的数值。是任意两点之间的 温度差除以两点之间流动的热流量（单位时间内流动的热 量）而获得的值。热阻值高意味着热量难以传递，而热阻 值低意味着热量易于传递。
热阻的符号为 Rth 或 θ。Rth 来源于热阻的英文表达“thermal resistance”。热阻的单位是℃/W 或 K/W。
（图片来源网上 ）
散热器
作用
增加接触面积，提高散热能力。
材质
应选较高导热系数的材料，铝，铜。
底部厚度
不能太薄，否则无法吸收足够的热量传递至鳍片。
鳍片
鳍片的设计是一个平衡的过程：
厚度： 太厚：占用空间大，导致鳍片的总片数减少，减少了散热面积。
太薄：鳍片传热到顶部的能力减弱。
高度：
太高：热量传到高点困难，体积效率弱。
太低：散热面积小。
间距：
太大：会导致散热总面积减少。
太小：会影响空气/液体的对流能力，降低散热效率。
表面处理
表面做耐酸铝或阳极处理可以增加辐射性能从而提高散热效果。
压力设计
根据intel spec，推荐大于40 psi
界面材料
填充发热芯片和散热器之间的空隙，减少空隙的热阻。
相关标准
JEDEC 标准
JEDEC（Joint Electron Device Engineering Council）是 一个推动半导体元器件领域标准化的行业组织。
在 JEDEC 标准中，与“热”相关的标准主要有两个：
JESD51：其中规定了 IC 等的封装的“热”相关的大多 数标准。
JESD15：对仿真用的热阻模型进行标准化的标准。
参考：元器件热设计 。
