CN109640587A - 一种散热片的设计方法 - Google Patents

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许远平
刘辉
朱立湘
尹志明
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    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20409—Outer radiating structures on heat dissipating housings, e.g. fins integrated with the housing

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Abstract

本发明涉及散热片设计技术领域，具体公开了一种散热片的设计方法，先建立发热元件电气规格参数与散热片设计参数之间的运算程式，通过代入发热元件的电气规格参数，由运算程式直接算出发热元件的散热片最大热阻值，然后进一步代入设计的散热片面积、形状、厚度等，由运算程式直接算出散热片的实际热阻值，若该实际热阻值大于散热片最大热阻值，则显示该种设计参数下的散热片不合格，提醒设计人员重新调整设计参数，并且还设计了验证程序，也即是通过查看该实际电阻值在运算程式下的所有散热片的材质和面积关系表，确认散热片是否能与之符合，解决了耗损精力的现有人工计算方式的弊端，减轻了工作劳动强度，提升了计算效率，且计算准确。

Description

一种散热片的设计方法
技术领域
本发明涉及散热片设计技术领域，尤其涉及一种散热片的设计方法。
背景技术
因电子设备的功能可靠性与预期寿命直接受到设备中器件工作温度的影响，降低工作温度会使器件可靠性与寿命提高，所以为了保证器件的长寿命与性能工作的稳定可靠，设计人员必须将器件的实际工作温度有效地控制在限值以内而需要前期散热片设计与散热计算，以达到设计要求。
通常的电子设备及器件(发热元件)的散热片，其尺寸设计为其产品相配合，由于设计过程中需要考虑散热片的散热性能是否合格，前期需要做大量的计算，但通常采用最原始老套的方法，人力通过大量的计算数据与代入法来做相关验证与评估，不仅繁琐而且也不直观更不一定准确。
发明内容
本发明提供一种散热片的设计方法，解决的技术问题是，现有为设计出一块散热性能合格的散热片，通过大量的计算数据与代入法来做相关验证与评估的计算方式，不仅繁琐而且也不直观更不一定准确。
为解决以上技术问题，本发明提供一种散热片的设计方法，包括步骤：
S1.建立发热元件电气规格参数与散热片设计参数之间的运算程式；
S2.获取发热元件的电气规格参数；
S3.根据所述运算程式与所述电气规格参数，计算出所述发热元件的散热片最大热阻值；
S4.获取散热片的设计参数；
S5.根据所述运算程式与所述散热片的设计参数，计算出所述散热片的实际热阻值；
S6.根据所述实际热阻值与所述散热片最大热阻值之间的大小关系，判定所述散热片合格或不合格。
进一步地，所述步骤S2中，所述发热元件的电气规格参数包括：发热元件功率，发热元件内部结点到封装本体的热阻，发热元件封装本体到散热片的热阻值，发热元件内部结点的最高承受温度，发热元件所在的环境温度。
具体地，所述发热元件所在的环境温度在开放空间下为35～45℃，密封空间下为50～60℃。
更进一步地，在所述步骤S4中，所述散热片的设计参数包括：散热片材料，散热片面积，散热片形状，散热片厚度。
更进一步地，所述S6具体为：对比所述实际热阻值与所述散热片最大热阻值的大小，若所述实际热阻值不大于所述最大热阻值，则判定所述散热片合格，反之则不合格。
本发明提供的一种散热片的设计方法，还包括步骤：
S7.根据所述散热片的实际热阻值在所述运算程式中查找出所述实际热阻值对应下的所有散热片的材质和面积；
S8.判断是否与所述步骤S5中所述设计参数中的散热片材料及散热片面积相符，若是则所述步骤S4中设计的所述散热片合格，若否则重新返回到所述步骤S4。
进一步地，在所述步骤S1后、S2前，还设有步骤：
S12.获取用户键入的密码并进行验证，若验证通过则进入所述步骤S2，反之则重新获取。
具体地，在所述步骤S12中，验证通过的密码为申请一次发放一次的一次性密码。
本发明提供的一种散热片的设计方法，先建立发热元件电气规格参数与散热片设计参数之间的运算程式，在设计过程中，通过代入发热元件的电气规格参数，由运算程式直接算出发热元件的散热片最大热阻值，然后进一步代入设计的散热片面积、形状(与发热元件的形状相匹配)、厚度等，由运算程式直接算出散热片的实际热阻值，若该实际热阻值大于散热片最大热阻值，则显示该种设计参数下的散热片不合格，提醒设计人员重新调整设计参数，并且还设计了验证程序，也即是通过查看该实际电阻值在运算程式下的所有散热片的材质和面积关系表，确认散热片是否能与之符合。
本发明提供的一种散热片的设计方法，由运算程式直接进行计算，只需要人力代入其设计的散热片的设计参数即可输出可靠性的理论数据，以指导设计人员调整散热片的尺寸、形状、材料，科学地设计出满足散热条件的散热片，解决了耗损精力的现有人工计算方式的弊端，减轻了工作劳动强度，提升了计算效率，且计算准确，可适用于各种发热元件散热片的设计，适用性强，用途广泛。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种散热片的设计方法的步骤流程图；
图2是本发明实施例提供的一种散热片的设计方法的应用界面图；
图3是本发明实施例提供的散热片厚度与热阻值之间的关系曲线图；
图4是本发明实施例提供的散热片厚度与热阻值之间的关系曲线图。
具体实施方式
下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。
本发明实施例提供的一种散热片的设计方法，其步骤流程如图1所示，包括步骤：
S1.建立发热元件电气规格参数与散热片设计参数之间的运算程式；
S2.获取发热元件的电气规格参数；
S3.根据所述运算程式与所述电气规格参数，计算出所述发热元件的散热片最大热阻值；
S4.获取散热片的设计参数；
S5.根据所述运算程式与所述散热片的设计参数，计算出所述散热片的实际热阻值；
S6.根据所述实际热阻值与所述散热片最大热阻值之间的大小关系，判定所述散热片合格或不合格；
S7.根据所述散热片的实际热阻值在所述运算程式中查找出所述实际热阻值对应下的所有散热片的材质和面积；
S8.判断是否与所述步骤S5中所述设计参数中的散热片材料及散热片面积相符，若是则所述步骤S4中设计的所述散热片合格，若否则重新返回到所述步骤S4。
参见图2的应用界面(采用图2所示的界面进行输入操作，其数据仅作参考用)，需要进一步补充说明的是，所述步骤S2中，所述发热元件的电气规格参数包括：
1)发热元件功率(“Pdiss”，单位：W)，采用压降乘以电流、或内阻乘以电流等方式计算得出；
2)发热元件内部结点到封装本体的热阻(“Rth,JC”，单位：℃/W)；
3)发热元件封装本体到散热片的热阻值(“Rth,CS”，单位：℃/W)；
4)发热元件内部结点的最高承受温度(“TJ”，单位：℃)；
5)发热元件所在的环境温度(“TA”，单位：℃)。
具体地，所述发热元件所在的环境温度在开放空间下为35～45℃，密封空间下为50～60℃。
由此，运算程式根据上述五个条件计算出散热片最大热阻值(“Rth,SA”，单位：℃/W)。
在所述步骤S4中，所述散热片的设计参数包括：
1)散热片材料(“material”，铝、铁等)；
2)散热片面积(“S”，单位：cm2)，如果是规则图形，则可以直接输入尺寸参数，如是矩形，则输入长和宽，可计算出面积)；
3)散热片厚度(“d”，单位：mm)。
由此，运算程式根据上述3个条件计算出散热片的实际热阻值(“R2”，单位：℃/W)。
更进一步地，所述S6具体为：对比所述实际热阻值与所述散热片最大热阻值的大小，若所述实际热阻值不大于所述最大热阻值，则判定所述散热片合格，可以按照该厚度与面积进行生产，反之则不合格。
进一步地，再次参见图1，在所述步骤S1后、S2前，还设有步骤：
S12.获取用户键入的密码并进行验证，若验证通过则进入所述步骤S2，反之则重新获取。
验证通过的密码为申请一次发放一次的一次性密码。因为涉及到计算的准确性、一致性，以及为了避免使用者不小心误删程序或者人为随意修改，造成程序错误或精度失常等意外出现，故本发明在实施时，需要权限密码并设定了相应的密码自动更新机制，采用谁申请谁使用、一次申请一次使用的原则开通密码使用，密码设定与发放仅限一次使用，下次使用须有新的密码对应方可开启，目的是为了对本发明进行保护，使之正常服务大众体系。
需要进一步说明的是，本实施例中所述的运算程式，基于含有大量数据的数据库，在具体实施时，可自动生成相关图表，例如，在散热片材料(常用的铝或者铁)与面积(该面积与图2中的输入数据没有关联)一定时，根据如图3所示的散热片厚度与散热片实际热阻值之间的关系，当输入一厚度时，运算程式可立即算出与该厚度对应的散热片的实际热阻值的关系，从而显示在输出栏对应的位置。
在所述步骤S7、S8的验证过程中，运算程式根据如图4所示的散热片材料、热阻值与面积三者之间的关系，当材料和热阻值一定时，可以得出散热片面积，将该面积与之前输入的面积进行比较，看是否在误差允许的范围内，若是，则验证通过，若否则验证不通过，代表此次输入的散热片的运算无效，设计人员可重新输入进行运算和再次验证，也可修改输入的参数后重新运算及验证。
本发明实施例提供的一种散热片的设计方法，先建立发热元件电气规格参数与散热片设计参数之间的运算程式，在设计过程中，通过代入发热元件的电气规格参数，由运算程式直接算出发热元件的散热片最大热阻值，然后进一步代入设计的散热片面积、形状(与发热元件的形状相匹配)、厚度等，由运算程式直接算出散热片的实际热阻值，若该实际热阻值大于散热片最大热阻值，则显示该种设计参数下的散热片不合格，提醒设计人员重新调整设计参数，并且还设计了验证程序，也即是通过查看该实际电阻值在运算程式下的所有散热片的材质和面积关系表，确认散热片是否能与之符合。
本发明提供的一种散热片的设计方法，由运算程式直接进行计算，只需要人力代入其设计的散热片的设计参数即可输出可靠性的理论数据，以指导设计人员调整散热片的尺寸、形状、材料，科学地设计出满足散热条件的散热片，解决了耗损精力的现有人工计算方式的弊端，减轻了工作劳动强度，提升了计算效率，且计算准确，可适用于各种发热元件散热片的设计，适用性强，用途广泛。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种散热片的设计方法，其特征在于，包括步骤：
S1.建立发热元件电气规格参数与散热片设计参数之间的运算程式；
S2.获取发热元件的电气规格参数；
S3.根据所述运算程式与所述电气规格参数，计算出所述发热元件的散热片最大热阻值；
S4.获取散热片的设计参数；
S5.根据所述运算程式与所述散热片的设计参数，计算出所述散热片的实际热阻值；
S6.根据所述实际热阻值与所述散热片最大热阻值之间的大小关系，判定所述散热片合格或不合格。
2.如权利要求1所述的一种散热片的设计方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述发热元件的电气规格参数包括：发热元件功率，发热元件内部结点到封装本体的热阻，发热元件封装本体到散热片的热阻值，发热元件内部结点的最高承受温度，发热元件所在的环境温度。
3.如权利要求2所述的一种散热片的设计方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述散热片的设计参数包括：散热片材料，散热片面积，散热片形状，散热片厚度。
4.如权利要求3所述的一种散热片的设计方法，其特征在于，所述S6具体为：对比所述实际热阻值与所述散热片最大热阻值的大小，若所述实际热阻值不大于所述最大热阻值，则判定所述散热片合格，反之则不合格。
5.如权利要求4所述的一种散热片的设计方法，其特征在于，还包括步骤：
S7.根据所述散热片的实际热阻值在所述运算程式中查找出所述实际热阻值对应下的所有散热片的材质和面积；
S8.判断是否与所述步骤S5中所述设计参数中的散热片材料及散热片面积相符，若是则所述步骤S4中设计的所述散热片合格，若否则重新返回到所述步骤S4。
6.如权利要求2所述的一种散热片的设计方法，其特征在于：所述发热元件所在的环境温度在开放空间下为35～45℃，密封空间下为50～60℃。
7.如权利要求1所述的一种散热片的设计方法，其特征在于，在所述步骤S1后、S2前，还设有步骤：
S12.获取用户键入的密码并进行验证，若验证通过则进入所述步骤S2，反之则重新获取。
8.如权利要求7所述的一种散热片的设计方法，其特征在于，在所述步骤S12中，验证通过的密码为申请一次发放一次的一次性密码。
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郭兆军: "散热片在电子产品中的设计", 《中国安防》 *

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