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随着电子元器件高频、高速及集成电路技术的飞速发展,电子元器件的总功率密度大幅增加,但物理尺寸越来越小,热流密度也随之增加,高温的温度环境会影响电子元器件的性能,要求更有效的热控制。 如何解决电子元器件的散热问题是现阶段的重点。 因此,对电子元器件的散热方法进行了简要分析。 电子部件的有效散热问题受传热学及流体力学原理的影响。 电器散热是指控制电子设备的工作温度,保障工作的温度性和安全性,主要涉及散热、材料等各方面的不同内容。 现阶段主要散热方式主要是自然、强制、液体、制冷、疏导、热管等方式。
01、自然散热或冷却方式
自然散热或冷却方式是指在自然条件下,不受外界辅助能量的影响,通过局部发热器件从周围环境散热的方式进行温度控制,主要方式为热传导、对流和辐射集中方式,主要应用为对流和自然对流几种方式。 其中自然散热和冷却方式主要应用于对温度控制要求较低的电子元器件、器件发热热流密度相对较低的低功耗器材及元器件。 该方案也可以应用于不需要将其他冷却技术应用于密封和密集组装的设备的状态。 在某些情况下,当对散热能力要求比较低时,可以利用电子元件自身的特点,适当增加与相邻散热器的热传导或辐射影响,优化结构,优化自然对流,提高系统的散热能力。
02、强制散热或冷却方法
强制散热或冷却方法是用风扇等加快电子部件周边的空气流动,吸收热量的方式。 该方式比较简单方便,应用效果显著。 该方式适用于在电子部件中空间宽敞地流通空气、设置散热设施的情况。 实际上,提高这种对流传热能力的主要方法有: 为了适当增加散热的总面积,需要在散热表面产生相对较大的对流传热系数。 在实践中,增大散热器表面散热面积的方式得到了广泛的应用。 工程中主要采用翅片方式扩大散热器表面积,强化传热效果。 翅片的散热方式可以分为不同的形式,是几种热耗散电子器件表面和空气中应用的热交换器部件。 应用该模式,可以减少散热器的热阻,提高散热效果。 对于较大功率的电子元器件,可以应用航空中的湍流方式进行处理,通过在散热器上增加湍流片,将湍流引入散热器表面流场可以提高换热效果。
03、液体冷却散热方法
对电子元器件应用液体冷却的方法进行散热处理是通过芯片及芯片组件进行散热的方式。 液体冷却主要有直接冷却和间接冷却两种方式。 间接液体冷却方式是使液体冷却剂与电子元件直接接触,通过中间介质系统,在液体模块、导热模块、液体喷射模块及液体基板等辅助装置释放的热元件之间传递。 直接液体冷却方式,又称浸入式冷却方式,是使液体与相关电子元件直接接触,通过冷却剂吸热散热,主要是热耗体积密度较高或应用于高温环境的器件。
04、散热或冷却方法制冷方法
散热或冷却方式的制冷方法主要有制冷剂相变冷却和Pcltier制冷两种方式,不同环境的制冷方式不同,应综合实际情况进行合理应用。 制冷剂的相变冷却是指通过制冷剂的相变作用吸收大量热量的方式,可以在特定场合冷却电子元件。 常见的状态主要是制冷剂蒸发带走环境中的热量,主要有容积沸腾和流动沸腾两种。 在一般情况下,深冷技术对电子元器件的冷却也具有重要的价值和影响。 在电力较大的计算机系统中可以应用制冷技术,不仅可以提高循环效率,而且制冷数量和温度范围广,整机结构比较紧凑,循环效率也比较高。 Pcltier制冷是采用半导体制冷方式散热或冷却处理的常见电子元器件,具有装置小巧、安装方便、质量强、拆卸方便的优点。 这种方式也叫热电制冷方式,由于半导体材料自身的Pcltier效应,直流电通过不同的半导体材料串联作用形成电偶,在电偶的两端吸收热量、释放热量就可以实现制冷的效果。 该方式是一种产生负热阻的制冷技术和手段,其稳定性相对较高,但由于其成本相对较高,效率也相对较低,体积相对紧凑,应用于制冷要求较低的环境中。 其散热温度100; 冷却负荷300W。
05、散热或冷却中能量的疏导方式
通过传热的传热元件,将电子器件发出的热量传递到其他环境。 另一方面,在电子电路的集成化过程中,大功率的电子器件逐渐增加,电子器件的尺寸也越来越小。 相比之下,散热装置本身需要一定的散热条件,散热装置本身也需要一定的散热条件。 热管技术本身具有一定的导热特性,具有良好的等温性特点,在应用中具有热流密度参差不齐、恒温特性良好、能快速适应环境的优点,广泛应用于电子电器散热,有效发挥散热装置的灵活性、高效性、可靠性特点热管是一种高效、通过相变传热方式进行热传导的模式,广泛应用于电子元器件的散热。 实际中,应针对不同类型的要求,分别设计热管,进行合理设计,例如分析重力、外力等因素的影响。 在热管设计过程中,分析制作的材料、工艺及清洁度等问题,严格控制产品质量,进行温度监测处理。
06、热管散热
典型的热管由管壳、多孔毛细管芯和工作介质组成。 工质在真空状态下从蒸发段吸收热源产生的热量气化后,以微小的压力差迅速流向冷凝段,向冷源释放潜热冷凝成液体冷凝液,在吸收芯的毛细吸力作用下从冷凝段返回蒸发段,吸收热源产生的热量。 这样循环往复,持续将热量从蒸发部传递到冷凝部。 热管的最大优点是在温差小的情况下可以传递大量的热量。 其相对导热系数是铜的几百倍,被称为“近超导导热体”,但所有热管都有传热极限,当蒸发端发热量超过某一极限值时,热管内的工作介质全部气化,循环过程中断,热管发生故障。 由于目前我国在微热管技术方面还不成熟,热管没有广泛应用于电力电子设备的冷却。
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