基于熱設計的某型手持終端結構優化

倪大江，陶全樂

（南京六九零二科技有限公司，江蘇 南京 210013）

1.引言

隨著科技的發展，復雜電子設備越來越多，如何有效保證電子設備長時間的發熱量下依然可靠穩定地運轉，這就需要我們在設計時充分考慮熱設計，合理選擇冷卻方法，選擇最佳的傳熱通道。

2.某型手持終端存在的過熱問題

某型手持終端項目組在進行設備北斗定位精度試驗時，發現在終端開機正常工作約3 個小時后，終端機殼外表面溫度過高，導致手感太燙，無法手持，此時室外溫度為20℃左右。

圖1 終端定位精度測試圖

如果終端溫度過高，還可能會出現設備損壞。本產品為型號產品，且為手持設備，所以設備使用過程中的用戶體驗（手感）很重要。考慮到這一點，我們提高設備的用戶體驗。

3.某型手持終端的可靠性分析

3.1 數據分析

將終端在常溫下拷機進行手持部位的溫度實測，將實測數據進行了統計、整理，并制作了溫度統計表，如表1 所示。

調查結果顯示終端工作穩定后，表面溫度基本穩定在46.2℃左右（常溫20℃），此溫度明顯感覺燙手，無法長時間手持使用。如果在工作環境溫度-25℃～+55℃下長時間工作的話，終端的功耗大，散熱效果差，導致表面溫度將會更高，更加感覺燙手。甚至可能導致CPU 過熱保護，出現自動關機，影響設備的正常使用。

表1 某型手持終端手持部位實測溫度統計表

3.2 原因分析

分析各項因素，整理了樹圖（圖2），而后歸納得出4 條末端因素：

圖2 某手持終端表面溫度影響因素樹圖

經分析確認：柔性導熱墊厚度不合適：柔性導熱墊通常的壓縮量為30%～70%。由于終端要求滿足振動和跌落的要求，避免在振動和跌落時電路板產生形變，CPU 與橋片與設備殼體（金屬殼體）產生硬接觸，所以設計要求柔性導熱墊的壓縮量為30%。設備內部產生的熱量缺少散熱途徑：本手持終端實際上就是一臺具備北斗功能的計算機，所以功耗與散熱問題就成為不容回避的問題。終端內的熱源大戶是核心板（包括CPU、橋片）和北斗模塊，它們工作時消耗的電能會有相當一部分轉化為熱量。經理論分析，終端內部熱源只采用了低效率的傳導和輻射散熱方式，散熱較慢，效率極低，不能快速將積累的熱量散掉。導致終端整體溫度過高。

4.手持終端的結構優化

4.1 對策實施一：采用合適厚度的柔性導熱墊傳導熱量

柔性導熱墊在熱源和金屬殼體之間，起到了熱量傳導媒介的作用，柔性導熱墊的壓縮量直接影響導熱效率。因此，項目組分別選用了厚度不同的，同型號柔性導熱墊作為傳導介質。通過實測數據表明，在同樣的狀態下，待設備穩定后使用Gap Pad 1500，厚度1.5 mm 的柔性導熱墊效果比厚度1.0 mm 的柔性導熱墊好，能夠使CPU 溫度下降2℃左右。

4.2 對策實施二：綜合采用多種散熱方式

多熱源傳導：通過現場手感確認確定核心板上的CPU、橋片及北斗模塊的散熱量比較大，需要對這些部件進行傳導散熱處理。將熱量傳導到金屬機殼上，利用大面積金屬進行散熱。增加散熱翅的面積，提高熱量的輻射能力：通過仿真計算，改善前散熱翅表面積518.4 cm2，如圖3 所示。改善后散熱翅表面積833 cm2，如圖4 所示。改善后，外表輻射散熱面積在原來的基礎上增加了314.6 cm2（在原來的基礎上增加了60.7%）。

圖4 改善后散熱翅結構

增加風機進行主動空氣對流散熱：在風機的選型過程中，我們考慮了安裝方便，功耗小，噪音低，要求防水，防塵，防鹽霧等要求。對散熱翅、風道、入風口和出風口進行了設計驗證和改進，并采用了溫度控制方式啟動風機進行工作。

整機設備將CPU、橋片和北斗模塊的熱量通過導熱系數較高的柔性導熱墊傳導到機殼上。一部分通過機殼進行輻射散熱，同時通過溫度控制器檢測機內溫度，到達設定溫度后，控制機殼外部的風機轉動，將散熱翅的熱量主動快速帶到空氣中進行散熱。

5.手持終端的優化效果

在2018 年8 月下旬-11 月中旬，按照對策實施后的終端進行常溫試驗驗證，據統計終端正常工作后實測溫度如表2所示。

表2 溫度試驗統計表

6.結語

通過采用合適厚度的柔性導熱墊傳導熱量、多熱源傳導、增加散熱翅的面積，提高熱量的輻射能力、增加風機進行主動空氣對流散熱，達到了改善散熱的效果。