電子設(shè)備的散熱問題與新型冷卻技術(shù)應(yīng)用

沈順強?劉曉琳?俞彬?譚春蘇

摘 要 對于現(xiàn)階段的微電子工業(yè)而言，電子設(shè)備具備的散熱性能已經(jīng)得到廣泛重視。為了應(yīng)對集成化與小型化的電子設(shè)備總體發(fā)展趨勢，那么目前亟待運用科學(xué)方式來解決電子設(shè)備的過熱難題。通過引進新型的設(shè)備冷卻技術(shù)，客觀上可以達到迅速冷卻電子設(shè)備以及避免設(shè)備過熱的目標(biāo)，進而體現(xiàn)了良好的技術(shù)運用價值。在此前提下，目前對于新型冷卻技術(shù)需要做到靈活運用于電子設(shè)備散熱，結(jié)合電子設(shè)備本身的性能來完成設(shè)備冷卻操作。

關(guān)鍵詞 電子設(shè)備;散熱問題;新型冷卻技術(shù);應(yīng)用要點

近些年以來，各類電子設(shè)備都呈現(xiàn)出較快的設(shè)備更新速度。與此同時，新型的電子設(shè)備可以達到更快的運算速度與更高的設(shè)備運行頻率[1]。在此種狀態(tài)下，發(fā)展集成化的電子設(shè)備工業(yè)必須著眼于設(shè)備散熱的重要問題。與原有的設(shè)備散熱方式相比，運用新型的電子設(shè)備冷卻方式能夠?qū)崿F(xiàn)更好的設(shè)備冷卻效果，并且延長了電子設(shè)備本身的運行年限。在目前看來，新型冷卻技術(shù)已經(jīng)能夠適用于多樣的電子設(shè)備產(chǎn)品。

1新型冷卻技術(shù)的具體種類

1.1 液體噴射冷卻技術(shù)

運用液體噴射作為電子設(shè)備的重要冷卻手段，此項冷卻技術(shù)在目前階段已經(jīng)被廣泛運用。冷卻設(shè)備在噴射液體的狀態(tài)下，對于熱力與動力的邊界層能夠迅速形成，并且邊界層的厚度很薄[2]。通常來講，運用液體噴射冷卻的方式能夠保持在每平方厘米70W的液體散熱范圍，因此至少應(yīng)當(dāng)設(shè)計為每平方米100W/K的設(shè)備傳熱系數(shù)。此外，對于以上的設(shè)備冷卻技術(shù)還需要借助液體沸騰以及對流傳熱的方式。具體在進行流動沸騰的設(shè)備冷卻過程中，應(yīng)當(dāng)確保限定于每平方厘米100W的熱流密度。與其他的設(shè)備冷卻處理方式相比，運用微型泵、蒸發(fā)器與冷凝器構(gòu)成的流動沸騰冷卻裝置體現(xiàn)為更低的冷卻處理成本與更好的結(jié)構(gòu)緊湊性，確保以上的各個裝置部分都可以被包含在窄通道的封閉回路范圍內(nèi)[3]。

1.2 對流冷卻技術(shù)

對流冷卻技術(shù)主要應(yīng)當(dāng)包含強制性與自然性的兩種對流冷卻方式。在這其中，運用強制性的對流冷卻方式可以達到較高的設(shè)備傳熱性能。然而與此同時，強制性的對流冷卻技術(shù)必須依賴風(fēng)機設(shè)施或者泵體作為輔助，因此將會導(dǎo)致較低的設(shè)備可靠性，并且還會呈現(xiàn)出較大的設(shè)備噪聲與設(shè)備運行成本。例如對于池沸騰的設(shè)備冷卻技術(shù)而言，該技術(shù)目前仍然局限于狹窄的空間范圍，同時還會受到臨界熱流通量的約束。與之相比，運用空氣冷卻（自然對流冷卻）的措施不會消耗過多的冷卻處理成本，因此構(gòu)成了快捷與簡便的電子設(shè)備冷卻方式。對于電子設(shè)備如果選擇了自然冷卻方式，那么不必配備震動與噪聲較強的風(fēng)機或者泵體，因而具有良好的運行可靠性與設(shè)備穩(wěn)定性。但是不應(yīng)當(dāng)忽視，運用自然冷卻的做法將會導(dǎo)致較低的設(shè)備傳熱性能，這是由于電子設(shè)備容易受到外界熱阻的影響。

1.3 膜狀冷卻技術(shù)

膜狀冷卻技術(shù)的本質(zhì)在于設(shè)置傾斜或者垂直的膜狀表面，確保冷卻液能夠順利通過。在液體自身重力的影響下，流經(jīng)膜狀表面的冷卻液就會降低現(xiàn)有的電子設(shè)備溫度，從而達到了冷卻電子設(shè)備的效果。然而，運用膜狀冷卻的方式無法做到隨時控制設(shè)備的冷卻能力，并且還必須借助支撐系統(tǒng)作為冷卻運行的輔助。因此近些年來，技術(shù)人員針對膜狀冷卻技術(shù)正在逐步嘗試予以優(yōu)化，力求達到設(shè)備傳熱性能提升的效果，對于空間限制予以有效的突破。

目前關(guān)于電子設(shè)備的冷卻與散熱處理還可以用到熱電冷卻方式。熱電冷卻技術(shù)主要借助于溫度梯度的基本原理，通過連接不同的兩種冷卻材料來體現(xiàn)比較明顯的梯度溫度效應(yīng)[4]。對于材料連接的部位在接通電流以后，熱電冷卻的效果就可以產(chǎn)生。從現(xiàn)狀來看，技術(shù)人員正在著眼于構(gòu)建靜音型與緊湊型的熱電冷卻裝置，并且嘗試將半導(dǎo)體材料運用于制作熱電冷卻裝置，以便于達到靈活控制冷卻運行的目標(biāo)。

2新型冷卻技術(shù)運用于電子設(shè)備散熱的具體實踐要點

設(shè)備散熱問題主要出現(xiàn)于各類的半導(dǎo)體元件、電子元器件與集成性的大型電路板。通過運用有效的設(shè)備散熱方式，對于以上的各類電子器件以及電子設(shè)備應(yīng)當(dāng)可以體現(xiàn)最佳的設(shè)備散熱效果，進而達到了減少熱能消耗以及確保電子器件正常運行的目標(biāo)。具體在運用新型的冷卻技術(shù)時，基本思路在于結(jié)合電子設(shè)備目前的真實運行狀況，從而給出適合于電子設(shè)備冷卻散熱的最佳技術(shù)手段。

在目前看來，熱管技術(shù)已經(jīng)能夠有效運用于很多的電子設(shè)備冷卻，確保電子設(shè)備可以始終維持最佳的設(shè)備散熱狀態(tài)，不會導(dǎo)致過多的熱量累積現(xiàn)象。具體在運用熱管技術(shù)時，針對電子設(shè)備散熱通?？梢赃x擇毛細泵熱管或者回路熱管，并且還應(yīng)當(dāng)注意熱管本身的尺寸，確保限定于最佳的熱管直徑范圍[5]。與傳統(tǒng)的熱管散熱技術(shù)相比，運用毛細泵的回路熱管輔助電子設(shè)備散熱可以體現(xiàn)良好的設(shè)備冷卻效果，突破了傳統(tǒng)熱管散熱過程中的沸騰極限。

除此以外，對于迅速冷卻電子設(shè)備還可以選擇微型或者小型熱管作為必要的冷卻設(shè)備。例如對于銅水熱管而言，此種微型熱管主要適用于手提電腦，其最大直徑不會超出4毫米。在筆記本電腦中如果安裝了以上的微型冷卻部件，則有助于CPU設(shè)備的快速冷卻。從現(xiàn)狀來看，對于銅水熱管主要可以設(shè)計成矩形或者三角形的截面形狀，以便于構(gòu)建天然的液體吸附通道。

3結(jié)束語

經(jīng)過分析可見，新型的電子設(shè)備冷卻技術(shù)主要應(yīng)當(dāng)包含液體噴射制冷、強制對流制冷、熱電冷卻以及膜狀冷卻等各種新型的冷卻技術(shù)手段。微電子行業(yè)目前正在面臨迅猛的總體發(fā)展態(tài)勢，因此必須做到正確運用設(shè)備散熱的手段來保持電子設(shè)備的良好運行性能，并且力求減少設(shè)備冷卻消耗的成本，對于電子設(shè)備的有效運行年限予以延長。

參考文獻

[1] 師鉞.電子設(shè)備的散熱及防熱設(shè)計[J].電子世界，2019，（12）：182-183.

[2] 艾超.航天電子設(shè)備開放式冷卻系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)仿真[J].計算機仿真，2019，36（03）：11-14，31.

[3] 陸冬平，慎利峰，馬磊.一種“弓”狀S型流道冷板設(shè)計與熱仿真分析[J].中國電子科學(xué)研究院學(xué)報，2018，13（05）：562-569.

[4] 施紅，裴后舉，高志剛，等.飛艇載荷艙中電子設(shè)備冷卻的熱設(shè)計研究[J].江蘇科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2018，32（03）：345-350.

[5] 楊洪海.電子設(shè)備的散熱問題與新型冷卻技術(shù)的應(yīng)用[J].新技術(shù)新工藝，2016，（05）：71-72.