电子元器件散热方法分析

电子元器件散热方法分析

于飞

身份证号码： 513022199204024576

[摘 要]伴随国内电子科学技术持续进步发展，电子元器件的高速、高频、集成电路逐渐密集化、小型化，以至于元器件总体功率密度及其发热量不断提高，以至于对电子元器件的散热处理层面所提出要求不断提升，鉴于此，本文主要围绕着电子元器件的散热方法开展深入的研究和探讨，期望可以为后续更多技术工作者和研究学者对此类课题的实践研究提供有价值的指导或者参考。

[关键词]元器件；电子；散热方法；

前言

电子元器件具体使用过程，若能确保其具备良好散热性，则不仅能确保其始终维持正常的使用状态，且还可对其实际使用寿命起到延长作用，因而，综合分析电子元器件的散热方法，有着一定的现实意义和价值。

1. 简述电子元器件的散热处理

针对电子元器件的散热处理，传统方法只是以单向流体的对流形式散热和强制性风冷散热为主，现阶段已无法满足于多数电子的元器件实际散热需求。特别是风冷散热方法实际应用期间，需应用扩展散热相应表面，因受实际应用在环境所限制，以至于有效散热无法实现。故需设计研发出优良性能、有效散热设施设备及方法，充分满足高热流的密度散热需求环境。在一定程度上，针对于电子的元器件实施散热处理，侧重于把控电子设备温度，确保其温度可维持在可控范围内^[1]。

2. 散热方法及其科学选用

2.1 散热方法

2.1.1 在空气冷却法层面

空气冷却法，属于现阶段在电子各类元器件当中所广泛应用的一种散热方法，以自然对流空气冷却、强制对流空气冷却这两种方法为主。自然对流空气冷却，其主要应用至体积在发热较小功率电子元器件当中，借助设备内部的元器件相互间空隙和机壳实施传热导、对流、复热等，以达到冷却散热目的；自然对流，借助流体密度所产生变化，无较大驱动力层面需求，故和流动路径当中极易受阻力及障碍所限制，以至于流体的流量和冷区速度呈下降趋势。对于体积发热较大功率电子元器件，一般会选定强制对流空气冷却方法。强制对流空气冷却方法，通常是借助风扇灯相关设备，确保电子元器件较近区域范围空气有强迫性的流动情况产生，带走元器件所产生能量。故此种散热处理方法实操便捷性及应用效果均相对突出^[2]。强制对流空气冷却有效增强方法，可通过散热面积扩散、散热表面增加后强迫对流的传热系数来实现。对于较大功率电子元器件，结合扰流法，对散热装置内设小片的扰流片，并在对散热装置所存在流场实施紊流，便于有效增强其散热处理效果。伴随传热技术持续的进步发展，强制性空冷散热装置研发设计及其优化成熟度不断提升，通过联合热电制冷、空气射流各项技术手段，空冷技术方法更具冷却能力。空气射流的冲击性技术防腐，其属于空气冷却相关技术方法层面研究热电，属于空气对流的换热系数有效增强方法。针对射流冲击，其相比强迫风冷传统技术方法有着一定区别，它能够和局部位置达到强对流的换热效果。故空气射流的冲击技术防腐，属于冷却局部高功率的密度电子元器件相对理想化散热处理方法。

2.1.2 在液体冷却法层面

1）在液体直接冷却法层面

液体直接冷却实践，冷却液体和产生热量电子元器件会直接接触，实施热交换。整个过程当中，热源能够直接把热量传递至冷却液，经冷却液作用发挥经热量实现转移，故流体公职对流同相则变成冷却同等热源，达到换热目的。液体直接冷却方法之下，实验效果为800W·cm^-2。液体直接冷却这一散热方法具体应用期间，需着重考虑到工质和电子元器件相互间相容性、电绝缘性、工质热膨胀冷却、密闭性、维护性等。部分研究者提出地愣直接浸入冷区法，可防止气泡，也可避免元器件顶部因聚集而有气泡层产生，增强元器件总体冷却散热效果。

2. 在液体间接冷却法层面

液体直接冷却法，其实际应用过程存在着热滞后所产生热激波及维护难相关因素，故液体间接冷却这种技术方法逐渐应用开来。液体间接冷却，该散热技术防腐蚀借助液体的冷却剂不直接接触电子元器件，以热传导为方式，把热量传递至换热装置，由换热装置内部的冷却工质来转移热量，此换热装置即为冷板。冷板技术，其借助循环液体能够从热源处转移热量，经气液换热装置来散发热量，实现电子元器件实现散热处理。冷板内部以空芯结构为主，通常呈回旋状或蜂窝状，液体通常是乙二醇、水、硅脂等。

2. 在微通道式传热法层面

微通道而言，即水力学中直径范围是1～ 1000μm内管道或通道，有着较高的体积或表面积比、较低热阻及流量等特点的散热方法。基板位置以各向异性的蚀刻技术为基础所打造的微尺度通道，在微通道内流过液体过程，以蒸发方式或直接转移热量。微通道内液体加热后，会变为核态沸腾状态，液体处于整个过程当中均维持不平衡状态，换热能力强，对比常规尺寸，通道内壁过热度小。微通道式传热法之下，纳米流体所产生沸腾效果得以强化，可达1000W·cm^-2的热流密度，实现对电子元器件的有效散热处理

^[3]。

4）在热隔离法层面

热隔离法，属于传热学当中绝热技术方法，适宜应用至电子元器件的散热冷却处理当中。在一定程度上，热隔离这种方法可对局部器件实施温度控制，阻止高温物体或器件对于特殊的受控部分所产生升温层面影响，特殊的受控元件能够维持正常运作使用状态，设备寿命从而延长。但因温度会影响到绝热材料实际传热，温度上升情况下，绝热材料自身导热系数会持续增强，绝热材料的多孔介质呈较大辐射传热性，也就是说运用热隔离法情况下，设备越长运行时间所达到隔热效果则越差。对此，选用热隔离法实施电子元器件的散热处理期间需着重考虑这一方面问题，予以合理选用。

2.2 科学选用

电子元器件的散热装置选用期间，要求技术员着重考虑到电子元器件实际质量、热量、热耗密度等情况。对于类型相同散热方式或不同类型散热技术方法，需结合其各项应用优势予以联合应用，便于达到对电子元器件最佳散热处理实施效果。还应当与电子元器件本身特征、电子工业整个环境实际需要等相结合，确保电子元器件各项散热方法选用更具针对性及灵活性。对电子元器件具体散热技术方法类型选用期间，所需考虑影响因素主要包含着，应当结合电子元器件各项特征，如质量、热效率、热阻值等；并且，还需关注元器件售后方面，如可维修度、现行各项维护处理规定、各项辅助设施实际稳定性等相关情况；此外，还需着重考虑到所选用电子元器件的散热处理方法实际应用期间是否会对人体健康产生一定危害，如元器件实际散热过程所产生热量是否有毒害，并考虑到电力设施实际需求情况。通过对电子元器件最佳散热处理方法的科学选用方式，确保电子元器件总体散热处理效果可以得到保障的同时，促使元器件实际使用年限得以延长。

3. 结语

综上所述，电子元器件在散热方法上，现阶段以空气冷却、液体冷却这两类为主，伴随散热技术方法持续进步发展，液体冷却这一类散热方法得以多元化发展，液体直接冷却、液体间接冷却、微通道式传热及热隔离等各种方法逐渐应用发展开来，那么，为能够实现的电子元器件最佳散热方法的选用，则需技术员着重考虑各层面因素，如电子元器件各项特征、所用散热方法否会对人体健康产生一定危害及电力设施实际需求情况等，便于更好地对电子元器件实施散热处理。

参考文献

[1] 李志巍. 基于FLUENT的电子模块散热器仿真的分析与验证[C].2020年中国家用电器技术大会. 2020，26（003）：126-127.

[2] 陈红, 赵树男. 变频空调器电子元器件板肋式散热器仿真与优化[J]. 暖通空调, 2021, 51(006):625-626.

[3] 朱明璋. 基于电子元器件散热方法的研究[J]. 中国科技投资, 2018,14(006):149-150.