電子器件的六種散熱方法

隨著電子器件的高頻、高速以及集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，電子元器件的總功率密度大幅度增長而物理尺寸卻越來越小，熱流密度也隨之增加，所以高溫的溫度環(huán)境勢必會影響電子元器件的性能，這就要求對其進(jìn)行更加高效的熱控制。如何解決電子元器件的散熱問題是現(xiàn)階段的重點(diǎn)。因此，本文對電子元器件的散熱方法進(jìn)行了簡單的分析。

電子元器件的高效散熱問題，受到傳熱學(xué)以及流體力學(xué)的原理影響。電氣器件的散熱就是對電子設(shè)備運(yùn)行溫度進(jìn)行控制，進(jìn)而保障其工作的溫度性以及安全性，其主要涉及到了散熱、材料等各個(gè)方面的不同內(nèi)容?，F(xiàn)階段主要的散熱方式主要就是自然、強(qiáng)制、液體、制冷、疏導(dǎo)、熱管等方式。

一、自然散熱或冷卻方式

自然散熱或者冷卻方式就是在自然的狀況之下，不接受任何外部輔助能量的影響，通過局部發(fā)熱器件以周圍環(huán)境散熱的方式進(jìn)行溫度控制，其主要的方式就是導(dǎo)熱、對流以及輻射集中方式，而主要應(yīng)用的就是對流以及自然對流幾種方式。其中自然散熱以及冷卻方式主要就是應(yīng)用在對溫度控制要求較低的電子元器件、器件發(fā)熱的熱流密度相對較低的低功耗的器材以及部件之中。在密封以及密集性組裝的器件中無需應(yīng)用其他冷卻技術(shù)的狀態(tài)之中也可以應(yīng)用此種方式。在一些時(shí)候，對于散熱能力要求相對較低的時(shí)候也會利用電子器件自身的特征，適當(dāng)?shù)脑黾悠渑c臨近的熱沉導(dǎo)熱或者輻射影響，在通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)優(yōu)化自然對流，進(jìn)而增強(qiáng)系統(tǒng)的散熱能力。

二、強(qiáng)制散熱或冷卻方法

強(qiáng)制散熱或冷卻方法就是通過風(fēng)扇等方式加快電子元器件周邊的空氣流動，帶走熱量的一種方式。此種方式較為簡單便捷，應(yīng)用效果顯著。在電子元器件中如果其空間較大使得空氣流動或者安裝一些散熱設(shè)施，就可以應(yīng)用此種方式。在實(shí)踐中，提升此種對流傳熱能力的主要方式具體如下：要適當(dāng)?shù)脑黾由岬目偯娣e，要在散熱表面產(chǎn)生相對較大的對流傳熱系數(shù)。

在實(shí)踐中，增大散熱器表面散熱面積的方式應(yīng)用較為廣泛。在工程中主要就是通過翅片的方式拓展散熱器的表面面積，進(jìn)而強(qiáng)化傳熱效果。而翅片散熱方式可以分為不同的形式，在一些熱耗電子器件的表面以及空氣中應(yīng)用的換熱器件。應(yīng)用此種模式可以減少熱沉熱阻，也可以提升其散熱的效果。而對于一些功率相對較大的電子期間，則可以應(yīng)用航空中的擾流方式進(jìn)行處理，通過對散熱器中增加擾流片，在散熱器的表面流場中引入擾流則可以提升換熱的效果。

三、液體冷卻散熱方法

對電子元器件中應(yīng)用液體冷卻的方法進(jìn)行散熱處理，是一種基于芯片以及芯片組件形成的散熱方式。液體冷卻主要可以分為直接冷卻以及間接冷卻兩種方式。間接液體冷卻方式就是其應(yīng)用的液體冷卻劑與直接與電子元件進(jìn)行接觸，通過中間的媒介系統(tǒng)，利用液體模塊、導(dǎo)熱模塊、噴射液體模塊以及液體基板等輔助裝置在發(fā)射的熱元件中之間的進(jìn)行傳遞。直接的液體冷卻方式也可以稱之為浸入冷卻方式，就是將液體與相關(guān)電子元件直接接觸，通過冷卻劑吸收熱量并且?guī)ё邿崃?，主要就是在一些熱耗體積密度相對較高或者在高溫環(huán)境中應(yīng)用的器件。

四、散熱或冷卻方法的制冷方法

散熱或冷卻方法的制冷方法主要有制冷劑的相變冷卻以及Pcltier制冷兩種方式，在不同的環(huán)境中其采取的方式也是不同的，要綜合實(shí)際狀況合理應(yīng)用。制冷劑的相變冷卻就是一種通過制冷劑的相變作用吸收大量熱量的方式，可以在一些特定的場合中冷卻電子器件。而一般狀態(tài)主要就是通過制冷劑蒸發(fā)帶走環(huán)境中的熱量，其主要包括了容積沸騰以及流動沸騰兩種類型。在一般狀況之下，深冷技術(shù)也在電子元器件的冷卻中有著重要的價(jià)值與影響。在一些功率相對較大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中則可以應(yīng)用深冷技術(shù)，不僅僅可以提升循環(huán)效率，其制冷的數(shù)量以及溫度范圍也較為廣泛，整個(gè)機(jī)器設(shè)備的結(jié)構(gòu)相對的較為緊湊且循環(huán)的效率也相對較高。Pcltier制冷通過半導(dǎo)體制冷的方式散熱或者冷卻處理一些常規(guī)性的電子元器件，具有裝置體積小、安裝便捷且質(zhì)量較強(qiáng)、便于拆卸的優(yōu)勢。此種方式也稱之為稱熱電制冷方式，就是通過半導(dǎo)體材料自身的Pcltier效應(yīng)，在直流電通過不同的半導(dǎo)體材料在串聯(lián)的作用之下形成電偶，可以通過在電偶兩端吸收熱量、放出熱量，這樣就可以實(shí)現(xiàn)制冷的效果。此種方式是一種產(chǎn)生負(fù)熱阻的制冷技術(shù)與手段，其穩(wěn)定性相對較高，但是因?yàn)槠涑杀鞠鄬^高，效率也相對較低，在一些體積相對較為緊湊，且對于制冷要求較低的環(huán)境中應(yīng)用。其散熱溫度≤100℃；冷卻負(fù)載≤300W。

五、散熱或冷卻中的能量疏導(dǎo)方式

就是通過傳遞熱量的傳熱元件將電子器件散發(fā)的熱量傳遞給另一個(gè)環(huán)境中。而在電子電路集成化的過程中，大功率的電子器件逐漸增加，電子器件的尺寸也越來越小。對此，這就要求散熱裝置自身要具有一定的散熱條件，而散熱裝置自身也要具有一定的散熱條件。因?yàn)闊峁芗夹g(shù)其自身具有一定的導(dǎo)熱性特征，具有良好的等溫性特征，在應(yīng)用中具有熱流密度可變性且恒溫特性良好、可以快速適應(yīng)環(huán)境的優(yōu)勢，在電子電氣設(shè)備的散熱中應(yīng)用較為廣泛，可以有效的滿足散熱裝置的靈活、高效率且可靠性的特征，現(xiàn)階段在電氣設(shè)備、電子元器件冷卻以及半導(dǎo)體元件的散熱方面中應(yīng)用較為廣泛。熱管是一種高效率且通過相變傳熱方式進(jìn)行熱傳導(dǎo)的模式，在電子元器件散熱中應(yīng)用較為廣泛。在實(shí)踐中，必須要對不同的種類要求，對熱管進(jìn)行單獨(dú)的設(shè)計(jì)，分析重力以及外力等因素的影響等合理設(shè)計(jì)。而在進(jìn)行熱管設(shè)計(jì)過程中要分析制作的材料、工藝以及潔凈度等問題，要嚴(yán)格控制產(chǎn)品質(zhì)量，對其進(jìn)行溫度監(jiān)控處理。

六、熱管散熱

典型的熱管由管殼、多孔毛細(xì)管芯和工作介質(zhì)組成。工質(zhì)在真空狀態(tài)下從蒸發(fā)段吸收熱源產(chǎn)生的熱量汽化后，在微小的壓差作用下，迅速流向冷凝段，并向冷源放出潛熱而凝結(jié)成液體凝結(jié)液再在吸液芯毛細(xì)抽吸力的作用下從冷凝段返回蒸發(fā)段，再吸取熱源產(chǎn)生的熱量。如此循環(huán)往復(fù)，不斷將熱量自蒸發(fā)段傳遞向冷凝段。熱管最大的優(yōu)點(diǎn)是能在溫差很小的情況下傳遞大量熱量，其相對導(dǎo)熱率是銅的幾百倍被稱為“近超導(dǎo)熱體”，但任何一只熱管都存在傳熱極限，當(dāng)蒸發(fā)端的發(fā)熱量超過某極限值時(shí)，熱管內(nèi)的工作介質(zhì)便會全部汽化，導(dǎo)致循環(huán)過程中斷熱管失效。由于目前我國在微型熱管的技術(shù)方面還不成熟，使得熱管在電力電子設(shè)備冷卻中還沒有得以廣泛的應(yīng)用。

審核編輯黃宇