孟祥冬

【摘 要】随着科技的发展，越来越多的小型电子产品问世。但是电子元器件在运行时所产生大量的热量，所以电子产品的散热关系到电子产品的运行安全和稳定性。本文主要阐述一种新型半导体散热装置的设计，该装置采用风机转子与散热翅片结合，均温片与半导体热端面相接触，由散热铜管把热量传导到散热翅片，散热装置在转子作用下旋转实现强迫对流，使热量通过冲压成型的散热片传导至外部。此设计能有效帮助电子元器件的散热。

【关键词】半导体；散热装置

中图分类号： TN248.4；TP273.5 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）08-0049-002

【Abstract】With the development of technology， more and more small electronic products are coming out. But electronic components generate a lot of heat during operation， so the heat dissipation of electronic products is related to the safety and stability of the operation of electronic products. This paper mainly describes the design of a new type of semiconductor heat radiator. The device combines the fan rotor with the fin of heat dissipation， contact with the hot end of the semiconductor and the heat conduction to the fin. The heat dissipation device rotates the forced opposite flow under the action of the rotor and makes the heat dissipate through the heat sink which carry heat to the outside. This design can effectively help heat dissipation of electronic components.

【Key words】Semiconductor；Heat radiator

0 引言

科技的進步促使当今的终端电子产品集成度越来越高，电子元器件在运行时所产生大量的热量需要迅速散发到环境中（一般为空气），才能避免因温度过高而烧毁电子元器件。对于小型电子及半导体产品而言，其内部空间狭小有限，自然对流散热的效果比较差。如果仅通过增加翅片数而增加的换热面积对于改善半导体器件的散热效果并不显著，而如果设置独立的散热风扇会有效帮助半导体器件散热但整体体积会比较大。

因此，本文将探讨一种新型半导体散热结构设计。采用风机转子与散热翅片结合，均温片与半导体热端面相接触，由散热铜管把热量传导到散热翅片，散热装置在转子作用下旋转，实现强迫对流，使热量通过冲压成型的散热片传导至外部，而新型散热装置内圈隔开冷热端面，内圈底部与发热电子产品紧密结合，使冷端面对圈内空气降温进而降低产品的工作温度。

1 新型半导体散热装置的设计

热量的传递有导热、对流换热和辐射换热三种方式。在半导体制冷片中，三种换热方式都存在。为了强化传热，将散热翅片进行旋转进行强迫对流，在同一环境下，风速与散热量程线性变化。风速越大，其散发的热量相应加大。

由于半导体体积小，稳定性高的特点。有效利用散热器每一处的面积尤为重要，本设计的关键在于使每一个散热翅片都在旋转，促使其与空气紧密接触形成有效换热面，实现快速换热。散热器底部面积与芯片大小一致，底部与散热铜管连接，散热铜管形成闭环圆圈，与环形翅片散热器连接，以便使热量快速传递到散热器顶部。与传统翅片散热器相比，新型散热器体积小，并充分利用了半导体制冷片的优势，同等散热面积的情况下，体积小于传统翅片式，有效换热面积大于传统翅片式，见图1。将散热器固定在半导体热源端片上，散热器和发热芯片通过导热硅胶填充，见图2。在此相对较封闭的环境中，采用新式散热结构，将热量大面积散发到外壳表面，然后直接散到空气中。

2 旋转散热翅片冲击射流的流动结构分析

由旋转散热翅片所产生的旋转射流的流动示意图如图3所示， 其冲击平板的速度场如图4所示。该流场可分为3个射流区：

1）射流主区： 携有很大动量、由旋转散热翅片产生的旋转射流区为主体。由于内流高压区的作用，射流区的轴线AC相对于中轴线AB有外扩倾向。同时，由于翅片的旋转，喷射气流沿剪切方向的速度也导致了射流区的外扩。

2）内流区：位于轴流电机下方并被主射流体和冲击散热翅片包围的区域。射流与冲击散热翅片撞击作用产生的大量涡结构，而且二次驻流主要集中在这个区域。

3）外流区： 射流主体与周围静止流体发生卷吸作用的区域。该作用也产生大量的涡旋结构。 冲击散热片的换热系数随着喷射距离的增加而减少，这是由于电机旋转所喷射出的旋转流体卷吸大量的周围静止流体，致使沿轴流方向速度降低，相应影响冲击平板上的传热效果。

3 小结

本次设计的新型散热装置——旋转散热翅片本身可以看成一种风扇。该装置处在射流主区，所有卷入流体均与新型散热装置的散热翅片均匀冲击，该散热装置在射流主区散热效率最高，散热性能显著提高。本设计利用半导体制冷片便携、寿命长、可移动的特点。特别适用于中高热量的电子产品中，优化散热性能，延长产品使用寿命。采用此新式散热装置能够有效改善电子元器件的散热。

【参考文献】

[1]隋丹，金东范，徐明龙，卢天健.轴流风扇冲击射流的流动和传热特性[C].2007年传热传质学学术会议论文集，2007，1590-1595.