散熱器是最重要的熱設計物料之一。本章來講述散熱器設計應當注意的事項。
散熱器散熱器的設計，主要考慮以下幾個方面：
1) 發(fā)熱源熱流密度；
2) 發(fā)熱元器件溫度要求；
3) 產(chǎn)品內(nèi)部空間尺寸；
4) 散熱器安裝緊固力；
5) 成本考量；
6) 工業(yè)設計要求。
發(fā)熱源熱流密度
熱量從發(fā)熱元器件到散熱器之間的傳遞方式是熱傳導。通常情況下，散熱器的基板面積會大于發(fā)熱元器件的發(fā)熱面積。當元器件熱流密度較大時，擴散熱阻（Spreading Resistance）對熱量傳遞的影響就會顯現(xiàn)。
擴散熱阻一個簡化直觀的定義是：當熱源與底板的面積相差比較大時，熱量從熱源中心往邊緣擴散所形成熱阻叫擴散熱阻。
下面通過一個實際的仿真，來描述散熱器設計時需要如何考慮擴散熱阻。結(jié)果暫僅通過仿真呈現(xiàn)。趨勢上可以作為參考，量化的精準結(jié)果還需要實際測試。
主要情景設置：
環(huán)境溫度：20 C；
冷卻方式：強迫對流；
風量：固定，5 CFM；
芯片功耗：20W；
芯片模型：塊簡化，導熱系數(shù)15 W/m.K
散熱器三維尺寸：40 mm*40 mm*20 mm
界面材料：為了顯性化散熱器設計，先不考慮TIM，仿真中不設置TIM。
維持主要場景所有設置，芯片尺寸分別設置為30mm * 30mm和10mm*10mm。仿真結(jié)果如下：
兩種芯片尺寸下，熱流密度分別為：
30 mm * 30 mm：Pdens = 20 /30/30 = 0.022 W/mm2 = 2.22 W/cm2
10 mm * 10 mm: Pdens = 20/10/10 = 0.2 W/mm2 = 20 W/cm2
芯片尺寸縮減后，熱流密度增大了9倍。散熱器在沒有做任何變更的前提下，就造成了芯片約8C的上升。散熱器的熱阻從2.18 C/W升高到2.59 C/W，散熱器整體熱阻惡化了19%。
10 mm * 10 mm芯片散熱器界面溫度分布
30 mm * 30 mm芯片散熱器界面溫度分布
由于擴散熱阻的存在，芯片熱流密度大時，散熱器邊緣的溫度會明顯低于貼合芯片處的溫度。散熱器邊緣處的利用效率下降。
擴散熱阻的詳細理論計算可參考文章：
http://www.electronics-cooling.com/1998/01/calculating-spreading-resistance-in-heat-sinks/
結(jié)論：同樣一個散熱器，應用于相同的場景，當發(fā)熱源的熱流密度增加時，其有效熱阻將增加。
對于熱流密度比較大的芯片，常見的減小擴散熱阻的方法有以下幾條：
1) 加厚散熱器的基板，降低熱量在平面方向上的傳輸熱阻；
2) 使用導熱系數(shù)更高的散熱器材料；
3) 在散熱器基板上埋裝熱管；
1) 使用VC復合到散熱器基板上。
參考資料：
陳繼良：從零開始學散熱.第四版.第一章
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