电子元器件散热方法研究

电子元器件散热方法研究

张展通

中检集团南方测试股份有限公司 广东 深圳 518000

摘要：电子器件正朝着高频、高速、高集成的方向发展。电子元件的固结率总密度增加，但物理尺寸逐渐减小，因此热流密度直接增加。在高温下，电子元件的性能直接受到影响，因此，实施热控制是必要的。结合目前的情况，应选择电子元件的冷却方式.选择有效的除热方法的问题值得深入研究。在此基础上研究了电子元件的冷却方法。本文首先概述了电子元件的冷却方法，然后详细介绍了电子元件的各种冷却方法。最后讨论了电子元器件散热方法的选择。

关键词：电子元器件；散热；研究

引言

近年来，随着现代科学技术的发展，电子技术的发展速度逐渐加快。电子设备具有高频、高速、高集成度、单位体积电子设备的高功率密度和高得多的发热量。因此，电子学的冷却很困难.电子元件的散热性能如何良好，需要深入研究。考虑到电子元件小型化、集成化的特点，选择紧凑度高、可靠性强、灵活性高、散热效率高的散热和冷却介质是合适的。

一、电子元器件散热方法概述

在目前电子技术发展阶段，依靠传统的单向流体对流和强制空气冷却来达到电子元件散热的目的，目前大多数现代电气元件散热条件都无法满足，特别是在风冷技术的应用过程中，一般需要保证冷却剂表面的有效膨胀，但这受到环境因素的制约，针对众多限制，不符合冷却设备的要求，设备无法达到高效散热的目的，通过研制具有有效散热性能的设备，解决了高密度热流问题。为了满足发展需要，电子元器件的散热是电子设备开发和运行中的重要环节。电子元件散热的最终目标是确保电气设备能够在高质量和稳定的条件下工作。以及电子设备运行的可靠性和安全性。

二、电子元器件散热技术

（一）空气制冷技术

在众多与电子元件冷却相关的技术中，可以看到，目前风冷技术作为一种电子冷却方法得到了广泛的应用，它包括强制空气冷却和自然空气冷却两种分部门。这两种不同类型的散热技术主要是为了在不同的条件和条件下处理特定的散热，而强制空气对流冷却技术通常是为了冷却比散热率较高的电气元件，例如，在设备自主运行消耗高达7W或更高的情况下，当面板功率超过300W时，采用强制空气对流技术实现高效空气冷却。制冷设备强制空气对流技术的原理是，通过风机和空气箱等装置的作用，强制移动电子元件附近的空气，充分利用电子仪器中热形成时的风效应，达到设备散热的目的。应用强制空气对流的优点主要表现在操作上，不仅非常方便，而且性能效果好，运行成本低，应用空间非常广阔。提高强制对流空气冷却技术的效率，可以通过扩大冷却剂的具体体积和实际面积，提高强制对流到冷却剂表面的基本传热系数，并通过在航空中采用湍流法，达到散热效果。在当前固定设备类型的散热器中安装阻尼器，同时在散热器外部环境中引入湍流，可以更有效地提高设备的散热效率。

（二）液体制冷技术

20世纪80年代，液体冷却技术广泛用于去除电子元件的热量。首先，它是当时的科学家面对大型计算机的散热问题提出的一个概念，因此作为一种散热技术被广泛使用。通过流体作用达到的冷却目的是单向和双向的。因此，可以区分更显着的冷却效果。液冷技术的冷却方式有：气液相变制冷、直接制冷、间接制冷、滴灌制冷和喷雾，液体射流冲击冷却等一些具有良好散热效果的技术将在下文介绍。如图1所示为常见的有液体冷却原理：

图1 常见电子元件液体冷却原理图

1.间接液体冷却技术

对间接液冷技术和直接液冷技术进行了比较。由于系统原因，后续维护工作相对困难，存在热延迟可能导致热冲击的缺陷。因此，目前大多数企业直接使用间接液体冷却技术作为电子设备散热的关键方法，间接液体制冷技术是液体冷却液不与电子元件接触，主要是充分利用热传导的作用，在第一时间将热量传递给散热器，然后通过散热器中的冷却工质进行热处理。在正常情况下，热交换器被称为冷板。在目前的开发阶段，应用这种散热技术的成本相对较低。冷板通常采用空心结构，大部分为回旋加速器或蜂窝结构，散热液由水、氟碳化合物等物质组成。直接液体冷却由于热延迟和运动维护困难而产生热冲击。因此，间接液体冷却技术得到了越来越多的重视和广泛的应用。间接液体冷却技术利用液体冷却液和电子元件不直接接触，而是在热传导的作用下，使热量直接传递到热交换器。换热器中的冷却工质实现了高效传热。这种类型的热交换器也称为冷板。冷却技术是一种操作简单、成本低的方法。在循环液体的帮助下，热量直接从热源转移，然后使用气液换热器促进高效散热。冷却内部有一个中空结构，结构形状通常设置为蜂窝或旋转形状。

2.直接液体制冷技术

与间接液体冷却不同，直接液体冷却技术中的制冷剂通过与电子元件直接接触来散热。热源将热量直接注入冷冻液体中，然后通过制冷剂的作用对其进行处理。因此，液体与热源之间的主要散热方式主要体现在对流和工作流体的相变上。直接液冷的原理考虑了工作环境与电子元件之间的电绝缘和兼容性问题，以及工作介质的热膨胀和冷收缩原理，以及系统之间的剩余密封状态是否满足条件。选择直接冷却介质，冷却液必须直接接触电子元件产生的热量，以完成热交换。热源的存在将热量直接传递到制冷剂中，从而在制冷剂的作用下完成传热。相关研究人员还提出了一种直接侵入式冷却方法，可以有效避免气泡和集中在群体顶部，从而产生生热效应的影响。同时，它还可以大大提高零部件的冷却效率。

三、做好电子元器件散热方法的优化选择

在选择电子元件散热器时，必须综合考虑电子元件中的热量、质量、热消耗密度等因素。对于同一种散热介质或不一致的散热技术，将其融入到一般的散热技术中往往可以达到更好的散热效果。

例如以LED二极管的散热路径为例：根据传热原理，LED中的热传递包括热传递、热对流和热辐射。 根据传热公式，热通量与传输层的厚度成反比，与传输层的面积成正比。如图1所示，热量主要向上和向下两个方向传递，而流向其他四个方向的热量数量很少，在计算传热时不容忽视。热是在LED晶体的基础上产生的，其中一部分通过透镜的顶部输送到空气中，另一部分通过LED外的金锡合金层和导线框架，然后根据LED的实际产品通过PCB和散热器进入环境。根据热流向LED的转移路径，其热阻网络如图2所示。

图2 LED热阻网络图

结语

随着进一步发展，为适应发展需要，国家还制定了一系列法律法规，支持电子元件散热技术的发展和规范，这是电子设备散热研究的有力条件和基础。随着电子元件散热技术的飞速发展，目前，电子元器件的散热技术得到了改进，为相关电子设备和产品的可靠性和质量，以及具有较高散热性和导热性的材料奠定了基础，目前正处于深度发展阶段，在这种趋势的背景下，电子元件冷却技术可以进一步改进。

参考文献

[1]杨勇.基于电子元器件散热方法的研究[J].数码设计（上）,2021,10(5):107-108.

[2]何涛.电子元器件散热方法研究[J].信息系统工程,2014(12):126.

[3]白吉宾.民航维修电子元器件散热方法研究[J].航空维修与工程,2020(9):86-88.