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电子设备散热设计基础:热扩散片的原理

Thermal DASAN SOLUETA 研究所 · 2026.07

发热为什么是问题

电子设备性能越高,单位面积的发热量也随之增大。若不加以控制,会带来以下问题:

  • 性能下降(降频):AP·CPU在温度达到上限时会主动降低时钟频率,性能随之下降。
  • 显示品质劣化:发热部的热量传导至OLED面板,会导致残影、色偏、寿命缩短。
  • 元器件寿命缩短:电池·电解元件在高温下劣化速度显著加快。
  • 安全与可靠性:像汽车电子这样在高温环境下长时间工作的产品,散热就是可靠性。

热的三种传递方式

热管理设计的出发点是传导(Conduction)、对流(Convection)、辐射(Radiation)三种热传递方式。 智能手机、平板、车载模块等无法安装风扇的产品难以依靠对流, 因此如何利用传导把热量又快又广地扩散出去就成为设计的核心。

"热扩散(Heat Spreading)"的思路

狭小发热源(热点)的热量若原地不动,该点温度会急剧上升。 热扩散片(Thermal Spread Sheet/Tape)利用Cu(铜)等高导热层将热量沿水平方向快速扩散, 降低饱和温度(峰值温度),并防止热量集中传导至特定元器件。

智能手机应用示例

在AP芯片·DDI·OLED发热部应用Cu Thermal Spread Sheet,可将发热部的热量大面积扩散、降低饱和温度, 并最大限度阻断热量向OLED面板传导。Cu层导电性高,可兼作主板AP芯片 EMI噪声屏蔽,还可与泡棉胶带一体化, 用一个部件同时实现散热·屏蔽·缓冲。

核心指标:导热系数 (Thermal Conductivity, W/mK)

表示材料传热能力的指标。参考值:空气约0.03,一般塑料0.2~0.5,铝约200,铜约400 W/mK。 查看散热材料规格时,须同时确认两点:

  • 方向性(X-Y轴 vs Z轴):热扩散片的关键是水平(X-Y)方向导热系数。若规格书未注明方向,务必加以确认。
  • 与厚度的平衡:同一材料的总热输送量随厚度而变,需在设计空间内进行厚度优化。

铜(Cu) vs 石墨:热扩散材料对比

热扩散片最常用的两种材料是铜(Cu)和石墨(Graphite)。两者没有绝对的优劣, 应根据所需性能和组装条件进行选择。

铜(Cu)片 石墨片
导热系数 约400 W/mK,各方向均匀(各向同性) 面方向数百~1,000 W/mK以上,厚度方向较低(各向异性)
优点 可兼作EMI屏蔽,机械强度与加工性好,可用于接地等电气用途 轻薄且面方向扩散性能出色
注意点 相对较重,面方向扩散性能低于石墨 易碎需保护层,需管理导电性粉尘,屏蔽性能有限

实际设计中,需要兼顾EMI屏蔽的部位采用Cu系片材,需要极致面方向扩散的部位采用石墨, 两者组合使用的设计也很常见。本公司散热产品的详细规格请参见 Thermal Solution 页面。

散热材料选型清单

  1. 掌握发热源的位置·尺寸·发热量与允许温度。
  2. 确定热量"送往何处"的路径(机壳、盖板、低温区等)。
  3. 以扩散为目的选X-Y导热系数高的片材;以层间传递为目的选Z轴性能好的材料。
  4. 评估是否需要EMI屏蔽·缓冲等复合功能——减少部件数量即可同时降低厚度与成本。
  5. 确认粘着力·模切加工性等量产条件。

常见问题

仅靠散热片能降低几度?
效果随发热量、应用面积、散热路径差异很大,无法一概而论。 但热点缓解(降低饱和温度)的效果是确定的,我们可以基于实际整机条件的热分析·实测数据为您验证。
EMI屏蔽和散热能用一种材料解决吗?
可以。Cu基热扩散片本身具备屏蔽性能;在IC芯片上方组合导电胶带与热扩散胶带, 同时实现噪声抑制与饱和温度降低的设计已被广泛采用。

需要同时解决发热与EMI的材料设计方案吗?
告知应用条件,我们将为您提出最优的散热·屏蔽解决方案。

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