淺談電子元器件的散熱方式

電子產(chǎn)品的性能越來(lái)越強大，而集成度和組裝密度不斷提高，導致其工作功耗和發(fā)熱量的急劇增大。電子元器件因熱量集中引起的材料失效占總失效率絕大部分，熱管理技術(shù)是電子產(chǎn)品考慮的關(guān)鍵因素。對此，必須要加強對電子元器件的熱控制。為幫助大家深入了解，本文將對電子元器件散熱方式的相關(guān)知識予以匯總。

電子元器件的高效散熱問(wèn)題，受到傳熱學(xué)以及流體力學(xué)的原理影響。電氣器件的散熱就是對電子設備運行溫度進(jìn)行控制，進(jìn)而保障其工作的溫度以及安全性，主要涉及到散熱、材料等各個(gè)方面的不同內容?，F階段電子元器件散熱主要有自然、強制、液體、制冷、疏導、熱隔離等方式。

散熱設計

散熱技術(shù)主要是指外部熱設計的方式、方法和技術(shù)，涉及與傳熱有關(guān)的散熱或冷卻方式、材料等多方面內容。根據熱傳導、熱對流手段的不同，可以將散熱器產(chǎn)品分為主動(dòng)與被動(dòng)兩種方式。

主動(dòng)的含義是，有與發(fā)熱體無(wú)關(guān)的能源參與進(jìn)行強制散熱，比如風(fēng)扇、液冷中的水泵，相變制冷中的壓縮機，這些散熱手段的普遍特點(diǎn)是效率高，但同時(shí)也需要其它能源的輔助。

與之相反，被動(dòng)就是僅依靠發(fā)熱體或散熱片的自行發(fā)散來(lái)進(jìn)行降溫。目前應用較多的散熱技術(shù)主要有自然散熱或冷卻方式、強制散熱或冷卻方法、液體冷卻技術(shù)、主動(dòng)制冷散熱方式、疏導散熱或冷卻方式、熱隔離散熱方式等。

自然散熱或冷卻方式

自然冷卻是很常用的一種散熱方式，自然冷卻是利用材料（主要是指型材）的高導熱性來(lái)帶走熱量并將熱量散發(fā)到空氣中的冷卻方式。即在沒(méi)有特定風(fēng)速要求的情況下，使用的自然對流散熱片是銅鋁散熱板材、散熱鋁擠壓件、散熱機加工或散熱合金鑄件來(lái)實(shí)現產(chǎn)品的散熱。自然散熱以及冷卻方式主要是應用在對溫度控制要求較低的電子元器件、器件發(fā)熱的熱流密度相對較低的低功耗的器材以及部件之中。

強制散熱

強制散熱或冷卻方法就是通過(guò)風(fēng)扇等方式加快電子元器件周邊的空氣流動(dòng)，帶走熱量的一種方式。風(fēng)冷散熱也是很常見(jiàn)的散熱技術(shù)，其制造相對簡(jiǎn)單，具有價(jià)格相對較低，安裝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。**在電子元器件中如果其空間較大使得空氣流動(dòng)或者安裝一些散熱設施，就可以應用此種方式。在實(shí)踐中，適當的增加散熱的總面積、在散熱表面產(chǎn)生相對較大的對流傳熱系數是提升此種對流傳熱能力的主要方式。

液體冷卻

對電子元器件應用液體冷卻的方式進(jìn)行散熱處理，是一種基于芯片以及芯片組件形成的散熱方式。液體冷卻主要可以分為直接冷卻以及間接冷卻兩種方式。

間接液體冷卻方式就是其應用的液體冷卻劑不直接與電子元器件接觸，而是通過(guò)中間的媒介系統，利用液體模塊、導熱模塊、噴射液體模塊以及液體基板等輔助裝置在發(fā)熱元器件之間進(jìn)行熱傳遞。

直接液體冷卻方式也可以稱(chēng)為浸入冷卻方式，就是將液體與相關(guān)電子元器件直接接觸，通過(guò)冷卻劑并帶走熱量，主要就是在一些熱耗體積密度相對較高或者在高溫環(huán)境中應用的器件。

主動(dòng)制冷散熱

通過(guò)制冷進(jìn)行散熱或冷卻的方式主要有制冷劑的相變冷卻以及Pcltier制冷兩種方式，在不同的環(huán)境中其采取的方式也是不同的，要綜合實(shí)際狀況合理應用。

01制冷劑的相變冷卻

就是一種通過(guò)制冷劑的相變作用吸收大量熱量的方式，可以在一些特定的場(chǎng)合中冷卻電子器件。而一般狀態(tài)主要就是通過(guò)制冷劑蒸發(fā)帶走環(huán)境中的熱量，其主要包括了容積沸騰以及流動(dòng)沸騰兩種類(lèi)型。

作為通過(guò)制冷劑的相變作用散熱的一致方式，深冷技術(shù)也在電子元器件的冷卻中有著(zhù)重要的價(jià)值與影響。在一些功率相對較大的計算機系統中可以應用深冷技術(shù)，不僅僅可以提升循環(huán)效率，其制冷的數量以及溫度范圍也較為廣泛，整個(gè)機器設備的結構相對較為緊湊，循環(huán)的效率也相對較高。

02半導體制冷

通過(guò)半導體制冷的方式散熱或者冷卻處理一些常規性的電子元器件，具有裝置體積小、安裝便捷、質(zhì)量較好、便于拆卸的優(yōu)勢。

此種方式也稱(chēng)之為熱電制冷方式，就是通過(guò)半導體材料自身的Pcltier效應，使直流電通過(guò)不同的半導體材料并在串聯(lián)的作用之下形成電偶，此時(shí)通過(guò)在電偶兩端吸收熱量、放出熱量，這樣就可以實(shí)現制冷的效果。

此種方式是一種產(chǎn)生負熱阻的制冷技術(shù)與手段，其穩定性相對較高，但是因為其成本相對較高，效率也相對較低，因而只在一些體積相對較為緊湊，且對于制冷要求較低的環(huán)境中應用。

疏導散熱

通過(guò)傳遞熱量的傳熱元件將電子器件散發(fā)的熱量傳遞給另一個(gè)環(huán)境中。在電子電路集成化的過(guò)程中，大功率的電子器件逐漸增加，電子器件的尺寸越來(lái)越小，這就要求散熱裝置自身要具有一定的散熱條件。

熱管技術(shù)自身具有一定的導熱性特征和良好的等溫性特征，在應用中具有熱流密度可變性且恒溫特性良好、可以快速適應環(huán)境的優(yōu)勢，因而在電子電氣設備的散熱中應用較為廣泛，可以有效的滿(mǎn)足散熱裝置靈活、高效且可靠的特性，現階段在電氣設備、電子元器件冷卻以及半導體元件的散熱方面中應用較為廣泛。

熱管是一種高效率且通過(guò)相變傳熱方式進(jìn)行熱傳導的模式，在電子元器件散熱中應用較為廣泛。在實(shí)踐中，必須要根據不同種類(lèi)的要求，對熱管進(jìn)行單獨的設計，并通過(guò)分析重力以及外力來(lái)進(jìn)行因素的影響來(lái)進(jìn)行合理設計。熱管設計過(guò)程中，要分析制作的材料、工藝以及潔凈度等問(wèn)題，并嚴格控制產(chǎn)品質(zhì)量，對其進(jìn)行溫度監控處理。

熱隔離散熱方式

熱隔離就是通過(guò)絕熱技術(shù)進(jìn)行電子元器件散熱和冷卻處理。其主要分為真空絕熱和非真空絕熱兩種形式。在電子元器件的溫度控制上，主要應用的是非真空類(lèi)型的絕熱處理。而非真空的絕熱就是通過(guò)低導熱系數的絕熱材料開(kāi)展。此種絕熱形式也是一種容積絕熱的方式，直接受絕熱材料厚度因素的影響，而材料導熱系數的物理參數也直接影響其絕熱效果。

熱隔離方式主要就是影響局部器件的溫度，加強控制、阻止高溫器件以及相關(guān)物體產(chǎn)生的升溫影響，進(jìn)而保障整個(gè)元器件的可靠性，延長(cháng)設備的應用壽命。在實(shí)踐中，因為溫度直接影響絕熱材料的傳熱性能，一般溫度越高，就需要越多的絕熱材料。

同時(shí)，溫度升高也會(huì )增加絕熱材料中的多孔介質(zhì)中的內輻射。在應用絕熱措施的時(shí)候，設備運行時(shí)間如果相對較長(cháng)，其實(shí)際的絕熱效果則就越差。同時(shí)，如果溫度升高，就會(huì )導致多孔絕熱材料自身的總導熱系數不斷增加。對此，必須要保障絕熱材料的整體性能，進(jìn)而提升應用效果。

結束語(yǔ)

在集成電路的發(fā)展過(guò)程中，電子元器件的密度與熱量密度也在持續增加，其散熱問(wèn)題也逐漸凸顯。對此，高質(zhì)量的散熱以及冷卻方式可以保障電子元器件的性能指標。

在實(shí)踐中，要綜合具體的電子元器件發(fā)熱功率、自身特性，合理應用不同的散熱以及冷卻方式與手段，要綜合具體的應用場(chǎng)合，合理選擇應用方式與手段，進(jìn)而凸顯電子元器件的性能指標。

來(lái)源：NTK散熱

審核編輯：湯梓紅