随着电子元件的快速发展,电子元件的总功率密度也在不断提高,但其尺寸却越来越小,热流密度也在不断提高,在这样的高温环境下,必然会影响电子元件的性能指标,因此,必须加强电子元件的热控制。如何解决电子元器件的散热问题是现阶段的重点。对此,散热器厂家对电子元器件的散热方法进行了简单的分析。
电子元器件的散热问题,受到传热学以及流体力学的原理影响。电气设备的散热是控制电子设备的运行温度,从而保证其工作温度和安全,主要涉及散热、材料等不同方面。目前主要的散热方式有自然、强制、液体、制冷、导热、热隔离等。
1、自然散热的冷却方式
自然散热或冷却方式是在自然条件下,不受任何外部辅助能量的影响,通过局部加热器件在周围环境中散热来控制温度。主要方式是导热、对流、辐射集中,主要应用对流和自然对流。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部件、部件发热的热流密度相对较低的低功耗设备和部件。这种方法也可用于密封和密集装配的设备,不需要使用其他冷却技术。在某些情况下,当散热能力要求相对较低时,也会利用电子设备本身的特点,适当增加其与附近的热沉导热或辐射影响,通过优化结构优化自然对流,从而提高系统的散热能力。
2、强制散热的冷却方式
强制散热或冷却方法是通过风扇加速电子元件周围的空气流动,带走热量的方法。此种方式较为简单便捷,应用效果好。这种方法可用于电子元件中的空间较大,使空气流动或安装一些散热设施。在实践中,提高这种对流传热能力的主要方法如下:为了适当增加总散热面积,在散热表面产生相对较大的对流传热系数。
在实践中,增大电子散热器表面散热面积的方式应用较为广泛。在工程中,散热器的表面积主要通过翅片扩大,从而增强传热效果。翅片散热方式可分为不同的形式,用于某些热耗电子设备的表面和空气中的热交换设备。应用此种模式可以减少热沉热阻,也可以提升其散热的效果。然而,在一些功率相对较大的电子期间,可以利用航空中的扰流方法进行处理。通过在散热器中添加扰流片,在散热器表面流场中引入扰流可以提高换热效果。
3、液体冷却散热方法
采用液体冷却法对电子元件进行散热处理,是一种基于芯片和芯片组件的散热方式。液体冷却主要可以分为直接冷却以及间接冷却两种方式。间接液体冷却方式是使用的液体冷却剂与电子元件直接接触,通过中间介质系统,利用液体模块、热传导模块、喷射液体模块、液体基板等辅助装置在发射的热元件之间传递。直接液体冷却方式也称为浸入冷却方式,是将液体与相关电子部件直接接触,用冷却剂吸收热量带走热量,主要是在热消耗体积密度相对较高或在高温环境下应用的部件。
4、散热或冷却方法的制冷方法
散热或冷却的制冷方法主要有两种:制冷剂相变冷却和Pcltier制冷。在不同的环境下,采用不同的方法,应根据实际情况合理应用。制冷剂的相变冷却是通过制冷剂的相变作用吸收大量热量的方式,可以在特定的场合冷却电子设备。一般情况下,环境中的热量主要通过制冷剂蒸发带走,包括体积沸腾和流动沸腾。在一般状况之下,深冷技术也在电子元器件的冷却中有着重要的价值与影响。在一些功率相对较大的计算机系统中,深冷技术可以应用,不仅可以提高循环效率,而且制冷量和温度范围也相对广泛。整个机械设备结构相对紧凑,循环效率相对较高。
5、散热或冷却中的能量疏导方式
就是通过传递热量的传热元件将电子器件散发的热量传递给另一个环境中。在电子电路集成过程中,大功率电子设备逐渐增多,电子设备尺寸越来越小。对此,这就要求散热装置自身要具有一定的散热条件,而散热装置自身也要具有一定的散热条件。由于热管技术本身具有一定的热传导特性良好的等温特性,在应用中具有热流密度可变、恒温特性好、能快速适应环境的优点,广泛应用于电子电气设备的散热,能有效满足散热装置的灵活性和可靠性。目前广泛应用于电气设备、电子元件的冷却和半导体元件的散热。在实践中,必须对不同类型的热管进行独立设计,分析重力和外力的影响。而在进行热管设计过程中要分析制作的材料、工艺以及洁净度等问题,要严格控制产品质量,对其进行温度监控处理。
6、热隔离散热方法
热隔离就是通过绝热技术进行电子散热器件散热以及冷却处理的影响。其主要分为真空绝热以及非真空绝热两种形式。在电子元件的温度控制上其主要应用的就是非真空类型的绝热处理。而非真空的绝热就是通过热导热系数的绝热材料开展。这种保温形式也是一种体积保温方式,直接受保温材料厚度因素的影响,材料导热系数的物理参数也直接影响其保温效果。热隔离方式主要受局部设备温度的影响,加强控制,组织高温设备和相关物体的升温影响,保障整个设备的可靠性,延长设备的寿命。在实践中,由于温度直接影响绝热材料的传热性能,一般情况下温度上升会增加绝热材料。同时,温度升高也会增加绝热材料中的多孔介质中的内辐射。在应用保温措施时,如果设备运行时间相对较长,实际保温效果会更差。同时,如果温度升高就会导致多孔绝热材料自身的总导热系数的不断增加。对此,必须要保障隔热材料的整体性能,进而提升应用效果。在集成电路的发展过程中,电子元件的密度和热密度也保持不变。