引言
目前,電子元器件正朝著小型化?高集成度和高效率的方向發(fā)展,有效地提高了電子設備的性能,并且電子設備的尺寸也朝著小型化的方向發(fā)展?這使得電子產(chǎn)品的熱設計更加困難?電子設備由多個單元模塊組成,設備通電工作時,這些電子組件會產(chǎn)生大量熱量,并且設備內(nèi)部的溫度會迅速升高?如果熱量不能及時傳導散發(fā)出去,這將嚴重影響設備正常工作,甚至損壞?因此,散熱設計是電子設備結(jié)構(gòu)設計中非常重要的部分?不完全的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,每10度的環(huán)境組件溫度會將組件的可靠性降低一半,溫度升高對電子組件性能的影響非常大?因此,為了有效地保證電子部件的安全可靠運行并確保其使用壽命,必須提高散熱設計水平,以實現(xiàn)良好的散熱?
一?熱設計的一般原則
(一) 熱量傳遞的方式
通常情況下,有三種傳導熱量的形式:傳導,對流及輻射?當兩個磁場彼此接觸時,熱量在直接接觸的磁場間傳遞?對流是指圍繞冷卻對象的流體介質(zhì),其中熱量通過該類介質(zhì)傳遞?對流可分成自然對流及強制對流?當磁場的環(huán)境溫度增高時,內(nèi)部能量能通過電磁場輻射到外部,輻射的能量能撞擊另一個磁場,而且一部分能量能被該類磁場吸收轉(zhuǎn)化為熱量?
(二) 散熱方式的選擇
由于電子設備具有多個電子部件,所以設備的結(jié)構(gòu)也相對復雜,電子設備結(jié)構(gòu)的內(nèi)部傳熱方式有多種,并且在很多情況下,多種并存?因此,有必要根據(jù)電子元件的參數(shù)和工作環(huán)境來選擇散熱方法?在潮濕環(huán)境中使用的電子組件需要采用封閉式設計來散熱?對于不需要封閉式設計的電子設備,選擇自然散熱作為散熱方法,但是對于產(chǎn)生大量熱量的設備,有必要促進散熱或使用強制空氣冷卻來散熱?
(三) 元器件布局
元器件是電子設備的重要組成部分,設備內(nèi)部組件的布局直接影響電子設備的散熱效果?為了使設備工作時的溫度區(qū)域合理化,有必要在熱設計過程中充分了解設備熱源的加熱條件和組件的參數(shù)?發(fā)熱組件布局所采用的基本原則是:首先,將發(fā)熱的組件放置在腔體的頂部或排氣口附近;其次,必須分散發(fā)熱組件以實現(xiàn)溫度均勻性?同時,應使一些熱敏組件遠離應使用的發(fā)熱組件或絕緣材料?
(四) 結(jié)構(gòu)材料的選擇
電子設備結(jié)構(gòu)的材料應選擇導熱系數(shù)高的材料,最常用的材料是鋁合金和紫銅?
(五) 導熱接觸面要求
為了提高散熱效率,導熱接觸面盡可能大,平面度和粗糙度盡可能好,并牢固地粘附接觸面,可使用導熱酯和導熱墊以降低接觸電阻?
二?熱設計主要技術(shù)
(一) 空氣自然對流冷卻
該技術(shù)利用設備外殼作為散熱器,將發(fā)熱器件固定在外殼上,直接將熱量傳遞到空氣中?自然散熱比較適合小功率發(fā)熱器件?
(二) 空氣強迫對流冷卻
該技術(shù)不僅設計簡單,而且使用起來方便又經(jīng)濟,其用途更加廣泛?然而,由于空氣的比熱容低,在該技術(shù)的噪聲限制下風速不是很高?但是,由于強制風冷具有許多優(yōu)點,因此尚未中止對該技術(shù)的研究以提高其冷卻能力,并且我們正在進行突破性嘗試,以進一步提高該技術(shù)的冷卻能力?
(三) 強迫氣體或強迫液體冷卻方法
使用強制氣體和強制液體控制熱點的溫度,其中最常用的散熱裝置就是冷板?
(四) 液體冷卻
由于其高效率和緊湊性,它被廣泛用于冷卻具有高熱流動性的電子單元,并且已經(jīng)成為熱設計研究的焦點?液體冷卻可以是單相或兩相的,主要包括直接或間接冷卻?
(五) 相變冷卻技術(shù)
這種技術(shù)利用相變材料的相變過程來降低溫度,不僅具有較高的熱交換效率,而且具有相對均勻的溫度分布和非常好的可靠性?
(六) 熱電制冷
它的優(yōu)點是無噪音和無振動,結(jié)構(gòu)小巧,操作和維護方便,不需要制冷劑,可通過改變電流來調(diào)節(jié)冷卻能力和冷卻速度?廣泛用于具有恒定溫度和功率密度的系統(tǒng),它還可用于冷卻低溫超導電子設?
(七) 熱管技術(shù)
熱管散熱已成為一種非常熱門的新型散熱技術(shù)?液體在毛細管被熱流加熱蒸發(fā),在冷凝段蒸汽被管外冷流體冷卻放出潛熱,凝結(jié)為液體?積聚在冷凝部分的芯子中的冷凝物利用芯子的毛細作用力返回到汽化部分,吸收熱量并蒸發(fā)?熱管具有高的傳熱能力,優(yōu)異的溫度均勻性,改變熱流密度的能力以及出色的穩(wěn)定性,可以制成小型輕量化的產(chǎn)品?
(八) 微通道技術(shù)
在各向異性硅晶片或者基片上,各向異性蝕刻用作打造尺度通道,當液體流過情景通道時候,液體能加熱或者直接吸取熱能?此時,液體處于非常不平衡的狀態(tài),并且傳熱能量很大?另外,實驗表明,即使當冷卻液單相流過微通道時,其冷卻效果也遠優(yōu)于使用液體沸騰進行冷卻?
三、結(jié)束語
我國頒布了電子設備熱設計統(tǒng)一標準,為設計中的熱設計提供了基礎?近年來,進行了與熱設計技術(shù)有關(guān)的持續(xù)研究,在不斷開發(fā)幾種具有高導熱率的材料的同時,這些材料的廣泛采用將大大改善當前電子設備的散熱技術(shù)?
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