陈杨

（包头铁道职业技术学院，内蒙古包头，014060）

1 电子元器件散热技术概述

传统方式仅仅通过单向流体对流形式的散热技术以及强制风冷技术已无法有效满足目前大部分电子元器件对散热性能的需求，尤其是风冷技术需应用相应的扩展散热表面，由于受应用环境的具体约束与限制，从而无法实现对电子元器件进行有效散热，因此，需设计研发性能良好且有效的散热设备以满足高热流密度的散热需求的具体环境。当前，电子元器件散热逐渐变成电子设备设计研发与运行阶段至关重要的关键性技术[1]。电子元器件散热主要是对电子设备实际温度进行有效控制，使温度处于稳定与可控范围。

2 电子元器件散热技术

2.1 空气冷却技术

空气冷却技术成为当前应用较为广泛一种的电子冷却技术，包含自然对流空气冷却技术以及强制对流空气冷却技术。自然对流空气冷却技术通常应用在体积发热功率相对较小的电子元器件，运用设备内部元器件之间的空隙与机壳进行热传导与对流以及复热从而实现冷却的效果。自然对流运用流体实际密度产生的变化，对驱动力的需求较小，因此与流动路径内较易遭受阻力与障碍的限制影响，从而使得流体实际流量与冷区速率相应降低。针对体积发热功率相对较大的电子元器件，通常运用强制对流空气冷却技术。强制散热或是冷却的方法主要是运用风扇灯设备，使电子元器件临近区域的空气产生强迫性流动，从而将电子元器件发出的热量被有效带走，因此，该散热方法具有操作便捷、效果显著等优势特点。增强强制对流空气冷区技术的方法包括扩展散热面积与增强散热表面所具有的强迫对流传热系数[2]。针对功率相对较大的电子元器件，可以按照航空技术方面的扰流方法，于散热器内设置小片扰流片，于散热器表面位置存在的流场引起紊流，能够使换热效果得到明显增强。

传热技术发展至今，强制空冷散热器的研发设计与优化相对较为成熟，通过与热管技术以及空气射流技术与热电制冷技术的紧密结合，使空冷技术具备的冷却能力得到明显增强。空气射流冲击技术作为近些年空气冷却技术方面关注度较高的研究热点，使有效增强空气对流换热系数的重要方法，射流冲击与传统形式的强迫风冷技术具有一定的差异性，其可以与局部位置发挥相对强劲的对流换热效果。有关实验结果证实，射流冲击所具备的对流换热系数可至900（W·m-2·K-1），相比较于传统形式的强迫风冷技术而言，高出一个数量级，与强迫风冷换热系数相符合[3]。因此，空气射流冲击技术成为冷却局部位置高功率密度元器件较为理想的方式，同时也成为对传统冷却方式的创新改革。

2.2 液体冷却技术

于20世纪80年代，液体冷却技术逐渐发展兴起，主要是针对大型电子计算机方面的冷却问题。液体冷却通常可以为单相同样也可以为两相，气液相变冷却通过运用冷却剂自身的相变潜热，因此冷却效果较为显著。液体冷却通常包含直接冷却、液体射流重启冷却以及间接冷却、滴液与喷淋冷却和气液相变冷却等。

2.2.1 直接液体冷却

直接液体冷却过程中，冷却液体同产生热量的电子元器件发生直接接触从而采取热交换。热源可以将热量直接传递至冷却液，通过冷却液的作用经热量进行转移，因此，流体公职的对流同相变成为液体同热源二者之间十分重要的换热形式，采取直接液体冷却的具体实验效果可至800W·cm-2。采用直接液体冷却的形式务必对工质同电子元器件二者之间存在的电绝缘性与相容性以及工质所具有的热胀冷缩性和系统的密封性同可维护性等进行充分考虑。由研究人员提出的地愣直接浸入式冷区法，该种方式不但能够避免气泡与组件顶端位置出现聚集从而产生气泡层，对产热效果产生一定影响，同时还能够使组件的冷却效果得到较为明显的提升[4]。

2.2.2 间接液体冷却

鉴于直接液体冷却技术具有一定的热滞后产生的热激波现象与系统维护存在困难等因素，因此，间接液体冷却技术逐渐成为应用较为广泛的技术。间接液体冷却技术主要是通过液体冷却剂同电子元器件不发生直接接触，而是运用热传导方式，将热量传递至换热器，之后换热器内部冷却工质将热量有效转移，此类换热器一般亦被称之为冷板。如图1中冷板技术作为较为操作简便与成本低廉的方法，通过循环液体从热源位置将热量进行转移，而后通过气液换热器使得热量有效散发。冷板内部主要为空芯结构，结构形式一般设置为蜂窝状或是回旋状结构，使用液体一般为水、硅脂或是碳氟化合物与乙二醇等。

图1 冷板冷却系统

为使冷板所具备的散热效果得到显著提升，研究人员运用熔点相对较低的金属或是其他合金用作冷却流动工质，液态金属与合金相比较于水与空气等常规形式的冷却介质，所具备的导热率更强，此外，还具备良好的流动性，能够完成对热量运输的高质量高效率。研究人员通过纳米AL2O3/水功能流体用作冷却介质，通过相关实验得知，热传性能得到显著提升。美国AavidThermalloy公司申请专利之后生产的HiContact系列冷板，主要是讲镶嵌于平板位置的圆管部分进行压扁处理，致使管与板之间可以出处于同一平面内，如此冷却管能够与元器件之间产生直接接触，使传热效果得到显著提升[5]。Themacore公司研发生产的微处理冷板冷却系统，所具备的散热能力远大于200W，热流密度可超过250W·cm-2。

2.2.3 微通道传热技术

对于微通道而言，主要定义为水力学之中直径处于1～1000μm范围内的通道或是管道，具备表面积/体积比相对较高、热阻相对较低、流量相对较低等优势特点，使较为有效散热解决方法。与定向鬼片位置或是于基板位置运用各向异性蚀刻等先进技术打造微尺度形式通道，微通道有液体流过过程中，通过蒸发形式或是直接对热量进行转移。其运用微尺度换热所具有的特殊性实现快速冷却的效果，成为当前研究领域关注的重点。研究证实，液体于微通道内部进行加热之后，状态会变成核态沸腾，此过程中液体状态始终保持相对不平衡，具备较强的换热能力，通道内部壁面位置过热度同常规尺寸情况相比较，相对较小。研究人员设计研发基于微通道的冷却系统，运用纳米流体产生强化沸腾效果从而达到具有1000W·cm-2热流密度的冷却系统。

3 电子元器件散热技术的科学选择

在进行电子元器件散热器装置的选用过程当中，一般会对电子元器件当中的热量、质量以及热耗的密度情况等方面的因素予以考虑。针对相同类型的散热方式亦或者类型不同的散热技术来说，能够使其融合成一个整体的散热技术实施方式。同时结合电子元器件自身的特征与整个电子工业环境中的实际需要，保证电子元器件散热技术选用的灵活性与针对性[6]。

当选用电子元器件的散热技术类型的时候，一般会对下述几类常见的影响因素予以考虑：根据电子元器件具备的相应特征，例如：热效率高与低，热阻值和质量的大小等等。而元器件在售后方面的需要也不容忽视，比如：可维修度、维护的规定以及相应辅助设施的稳定性情况。当然其带给人体健康方面的危害性情况因素也需要考虑，比如：元器件进行散热的时候形成的热量有毒与否、其在电力设施方面的需求情况等。所以通过科学选择电子元器件的散热方式，可以延长电子元器件的使用年限。

4 结论

当电子元器件散热技术日渐成熟并形成统一化标准之后，使电子产品的性能稳定性得以提升。从此次论文的阐述与分析当中可知，深入探讨和分析电子元器件散热技术的研究显得十分关键，具有重要的意义和价值。本文通过概述电子元器件的散热技术，详细说明了几类具体的电子元器件散热技术，并分析了电子元器件散热技术科学选择的注意事项。望此次研究的结果，能得到相关人员的重视，从中获取到帮助，有效推动电子元器件散热技术的进步。