电子设备为什么需要散热？

如果不能正确控制电子设备内部产生的热量，可能会导致性能下降、产品寿命缩短，甚至爆炸或火灾。安装在PCB上的半导体元件（IC、晶体管等）、电容器、电阻器等元件，都有特定的工作温度。如果超过这些温度，这些元件可能会停止工作，或者损坏。因此需要采取散热措施，保证在规范规定的温度范围内安全运行。特别是随着技术的发展，由于半导体的小型化和高集成度（减小线宽等），过热问题日益增多。由于在PCB上高密度安装，热量会传递到其他组件，并导致整个PCB温度升高的连锁效应。

散热是指将热源产生的热量通过导热材料传递到散热器，并散发到大气中的过程。导热材料和散热器的材质、性能以及顺畅的气流散热设计都是重要的因素。

热传递

为了防止芯片组或系统因过热而发生故障，通常会在热源处安装散热器（散热片）来降低温度。散热器和热源之间会放置导热材料，以促进热传递。

   热通过传导、对流和辐射传递。

   传导：当高温材料与低温材料接触时，热量从高温材料传递到低温材料

   对流：通过流动的气体或液体传递热量

   辐射：通过热波进行远程热传递

传统的冷却方法利用所有三种类型的热传递：通过热界面材料的传导、通过周围空气的对流以及通过连接的散热器的辐射。

热界面材料：热传导和扩散

热界面材料需要具备一些特性，以实现热源和散热器之间的有效热传递。

优良的导热性

粘合性；尽量减少气隙

最小化热源中的热点；将热量散发到热界面材料的整个区域

其表面积应尽可能大。

其厚度应尽可能薄。

热界面材料

常用的导热界面材料——硅胶导热垫，是将芯片组或PCB板与散热器连接在一起的理想材料。硅胶导热垫由于其本身的特性，具有优异的黏性和柔软性，有效减少了空气间隙。然而，由于硅胶导热垫是在绝缘材料硅中添加导热陶瓷粉末制成的，因此导热性能不佳。硅胶导热垫的导热系数仅为1-5W/mK，而铜和铝的导热系数分别为385和205 W/mK。将导热垫做得足够薄，可以在一定程度上解决导热性能问题，因此仍然受到市场的青睐。

散热器

当热源较宽且热点远离中心时，利用导热界面材料的整个区域来更快地散热是有效的。导热片的垂直导热系数等于或略高于硅胶导热垫。然而，导热片在水平导热系数方面具有巨大的领先优势，这使得它能够分散热点并扩散热量。例如，石墨片的垂直导热系数为 5-8W/mK，而水平导热系数为 400-800W/mK。

产品

热界面材料有很多种，下面列出了一些流行的品种。

                                        硅胶导热垫

导热硅胶片是将导热陶瓷粉末（氧化铝、BN）固着于熔融的硅胶内部，并在两面涂抹粘合剂而制成的。产品厚度为0.5-10mm，传热系数为1-5W/mK，应用广泛。

优点：柔软、粘性好、经济、易于模切

缺点：导热系数低，厚度增加时导热系数降低，压缩性差，有硅油渗漏，可能腐蚀小分子硅氧烷的附着部位，产品厚度增加时成本增加，密度大，重量问题

                                          超薄导热片

超薄导热垫为0.1-0.3mm的薄垫：适用于移动设备。

优点：厚度较薄，适合用在小型设备的热源上。

缺点：硬度高，无固有粘性，使用时需另外涂抹粘合剂

                                         导热泡沫垫片

导热泡沫垫片由耐热芯材和石墨片包裹而成。垫片一侧贴有导热双面胶带，方便贴合热源。

它仅通过导热表面材料（石墨片）传导热量；因此，材料的水平导热系数越高，厚度越厚，导热效果越好。石墨表面包裹一层薄膜，防止石墨颗粒脱落。

优点：即使热源和散热器距离较远，耐热性也几乎没有差异。由于内部柔软，可吸收振动；即使将多个产品放置在大型系统中，也不会影响重量。

缺点：在薄型产品（1-3mm）中效果不如导热垫