電子行業(yè)的發(fā)展提高了對(duì)創(chuàng)新性的熱管理技術(shù)的需求

消費(fèi)者的需求一直在推動(dòng)著電子行業(yè)中新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，而業(yè)界也已對(duì)市場(chǎng)的期望作出響應(yīng)，提供尺寸越來(lái)越小、功能卻愈發(fā)強(qiáng)大的產(chǎn)品。對(duì)于進(jìn)一步的微型化以及不斷增強(qiáng)性能的需求，將以指數(shù)的方式提高功耗以及系統(tǒng)內(nèi)部的發(fā)熱。生成的極高熱量對(duì)用戶的健康以及產(chǎn)品的可靠性和性能都具有不利的影響，從而在所有的電子產(chǎn)品中都產(chǎn)生了對(duì)熱管理的核心需求。

在應(yīng)要求而使用靠近他們身體的電子產(chǎn)品時(shí)（例如，在消費(fèi)者佩戴AR/VR頭戴設(shè)備時(shí)），消費(fèi)者們會(huì)越來(lái)越多的接觸到潛在的健康問(wèn)題。頭戴設(shè)備發(fā)熱而可能產(chǎn)生的不利影響包括灼燒或紅疹之類(lèi)的皮膚問(wèn)題、耳部感染，以及與大腦相關(guān)的問(wèn)題。

1 熱管理 – 歷史與挑戰(zhàn)

熱管理即通過(guò)基于熱動(dòng)力學(xué)和熱傳遞的技術(shù)，對(duì)溫度和噪聲水平進(jìn)行控制的能力。由于不再使電子設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生極高的熱通量，從而改善系統(tǒng)的性能與可靠性。根據(jù) Thermal News 的報(bào)導(dǎo)，預(yù)計(jì)熱管理市場(chǎng)將從 2013 年的 88 億美元上升至 2018 年的 155.6 億美元，增長(zhǎng)率達(dá)到 12.1%（熱管理包括材料的使用、技術(shù)，以及調(diào)節(jié)過(guò)度發(fā)熱的工具）。

電子行業(yè)的興起，需要各類(lèi)創(chuàng)新性的解決方案才能應(yīng)對(duì)熱管理上的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)來(lái)自于一系列多種電子設(shè)備所發(fā)出的熱量，熱量的范圍從印刷線路板 (PWB) 上的 5 瓦/平方厘米，一直延伸至半導(dǎo)體激光上的 2000 瓦/平方厘米。傳統(tǒng)的冷卻方法對(duì)于以前的熱通量具有效果，但是，對(duì)于之后發(fā)生的熱通量來(lái)說(shuō)，則必須配備更具創(chuàng)新性的解決方案。

在大多數(shù)情況下，芯片的結(jié)點(diǎn)溫度必須保持在供應(yīng)商指定的允許限值以下，從而確保性能與可靠性?？煽啃缘亩x為設(shè)備在具體的時(shí)間段內(nèi)在指定條件下發(fā)揮所需功能的可能性。在確定某一產(chǎn)品/技術(shù)的質(zhì)量與優(yōu)越性的過(guò)程中，產(chǎn)品可靠性是最重要的因素。

熱管理上的其他挑戰(zhàn)包括：

?形狀系數(shù)減小

?惡劣環(huán)境

?降低產(chǎn)品成本

?可靠性和性能上的約束

?滿足嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)

?開(kāi)發(fā)先進(jìn)的技術(shù)與材料

?提高消費(fèi)者的要求與需求

2 熱管理解決方案

最新的熱管理技術(shù)圍繞著基本的熱傳遞模式發(fā)揮作用– 也就是傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射，而技術(shù)的發(fā)展則從單相換熱發(fā)展到了多相換熱。均熱板、冷板和噴射沖擊機(jī)構(gòu)之類(lèi)的冷卻技術(shù)，為熱管理產(chǎn)業(yè)生態(tài)的未來(lái)帶來(lái)了革命性的發(fā)展。

熱性能出色的新型冷卻劑（例如納米流體和離子納米流體）正在取代傳統(tǒng)的冷卻劑?，F(xiàn)代的 CFD 仿真軟件針對(duì)各類(lèi)挑戰(zhàn)性的問(wèn)題開(kāi)發(fā)而成，可以預(yù)測(cè)溫度與氣流的分布，有助于確定存在高溫的位置以及氣流不足之處。根據(jù)西門(mén)子公司“使用 CFD 實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的熱管理與冷卻設(shè)計(jì)”的研究成果，該軟件還可用于研究各類(lèi)修改措施的成本效益，找到提高冷卻效率的途徑。

3 熱管理行業(yè)的主要冷卻方法

傳導(dǎo)冷卻：通過(guò)直接傳遞，從較熱部分到較冷部分的熱傳遞。傳導(dǎo)冷卻的常用方法包括芯片載體傳導(dǎo)、印刷電路板傳導(dǎo)、使用耐熱框以及熱傳導(dǎo)模塊。

通過(guò)自然對(duì)流和輻射的空氣冷卻：自然對(duì)流的基礎(chǔ)在于溫差所造成的流體中密度差異而引起的流體運(yùn)動(dòng)。流體的流速越高，熱傳遞的速度就越快。與自然對(duì)流氣流有關(guān)的流體速度本身較低，因此，自然對(duì)流冷卻的使用局限在低功率的電子系統(tǒng)中。

通過(guò)強(qiáng)制對(duì)流的空氣冷卻：強(qiáng)制對(duì)流包括添加空氣增流器，使空氣吹過(guò)周?chē)碾娮咏M件，提高流體的流動(dòng)速度，這樣就可以提高傳熱速率。強(qiáng)制對(duì)流的效率最高可比自然對(duì)流高出 10 倍。

液體冷卻：由于液體的導(dǎo)熱率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于氣體，因此，與氣體冷卻相比，液體冷卻的有效性要高得多。然而，由于存在泄漏、腐蝕、超重以及冷凝的可能性，對(duì)于使用空氣冷卻時(shí)涉及的功率密度過(guò)高、影響到安全耗散的情況下，應(yīng)用才會(huì)首選液體冷卻。

沉浸冷卻：在浸沒(méi)到介電液體中后，利用沸騰時(shí)極高的傳熱系數(shù)，可以有效的冷卻高功率的電子組件。

先進(jìn)冷卻技術(shù)包括低溫學(xué)、冷卻劑冷卻、混合冷卻、微通道冷卻、噴射冷卻以及冷板冷卻。

少數(shù)一些熱力工況需要組合使用多種冷卻技術(shù)。常見(jiàn)的混合冷卻技術(shù)包括電潤(rùn)濕、局部冷卻、熱導(dǎo)管、緊湊式熱發(fā)生器、均熱板冷卻、相變材料、微觀 TEC、eTEC（嵌入式 TEC），以及噴射沖擊。（來(lái)源：電子設(shè)備的冷卻章節(jié)，《傳熱與傳質(zhì)》，作者：Yunus A. Cengel 和 Afshin J. Ghajar）

4 Molex 的實(shí)力

冷卻技術(shù)一直在穩(wěn)健的發(fā)展之中，但是還需要進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)，從而解決其爆發(fā)式的增長(zhǎng)而使電子行業(yè)面臨的、不斷發(fā)展的熱管理上的挑戰(zhàn)。對(duì)此，Molex 一直在不斷研究創(chuàng)新性的熱管理解決方案，而產(chǎn)品的可靠性則是研究工作的焦點(diǎn)所在。敬請(qǐng)?zhí)剿饔嘘P(guān) Molex 用于下一代數(shù)據(jù)中心的熱管理功能的更多內(nèi)容。