电子设备机箱散热仿真分析

功率器件热管散热器介绍

功率器件热管散热器介绍 随着功率器件如绝缘栅双极晶体管IGBT及电力电子设备的日趋流行向小型化、大功率和高精度方面发展，除了需要采用先进的元器件和设计新型先进的电子线路外，还需要缩小散热器的体积。因此，通常使用的铝型材散热器或叉指型散热器就很难满足功率器件散热的要求。热管是一种新型高效的传热元件，因为它利用了沸腾吸热和凝结放热两种最强烈的传热机理，因而表现出优异的传热特性，即传热效率高和沿轴向的等温特性好，其热耗散效率比同质量的铜散热器大2~3个数量级。 以热管为散热器件的热管散热器在功率电子设备中的应用是近年才发展起来的一种先进的 高效散热器件。由于热管散热器具有体积小、重量轻、散热效率高等优点，既能提高大功率管的设计使用功率，大大地延长功率管的寿命，简化功率管的散热设计，又能减少功率电子设备的噪音，提高设备的可靠性，降低成本。因此，热管散热器越来越受人们的重视。1．热管的工作原理 热管是密闭封焊的蒸发冷却器件。热管结构包括一个具有毛细管作用的吸液芯和小量能汽化的液体。热量施加于热管的一端，引起液体蒸发，蒸汽流动到热管的另一端，在那里冷凝，释放出潜热。然后，冷凝了的液体通过吸液芯，由毛细管作用流回蒸发端，完成循环如下图所示。

2．热管散热器的主要性能和参数 RGS-Z系列自冷式热管散热器(水平式)和RGS-F系列风冷式热管散热器(重力式) 的性能参数有：散热功率、热阻R Tf、等温性、管壁温升△Tfa、环境工作温度、寿命、安装方式等。现将其中主要参数介绍如下； (1)散热功率 当热管散热器加入热源功率Pc，管壁温升△Tfa不超过50℃时，此热源功率Pc即为该热管散热器的散热功率。 (2)热阻R Tf 当热管散热器加入热源功率的时候，管壁温度Tf和环境温度Ta之差与所加的热功率Pc之比为热管散热器的热阻R Tf，如下式。热管散热器的热阻特性与型材和叉指型散热器的热阻特性相似。在额定的散热功率范围内，热阻R Tf将随热源功率Pc的增加而略有下降，但基本上为一条平坦直线： (3)等温性 在热管散热器的某—端(称加热端)加热源功率Pc，待热平衡后，另一端(称冷端)相对应的地方非常接近于热端的温度，此时，热管散热器的温度梯度相当小，也就是说热管散热器进入了热管工作状态。 (4)管壁温升△Tfa 在额定散热功率内，热管散热器管壁温升△Tfa将随热源功率增加而上外。上升的规律可由下式表示。在允许的范围内，只要热源功率不变，管壁温升是一定的：

电子设备的散热问题与新型冷却技术的应用分析

电子设备的散热问题与新型冷却技术的应用分析 摘要：文章结合当前现代电子设备应用面临的各类问题，综合分析常用的电子 散热冷却方法以及新型热管技术在电子冷却中的应用前景，旨在能够通过有效的 散热操作解决电子设备散热问题，提升电子设备性能。 关键词：电子设备；散热问题；新型冷却技术；应用分析 从当前各类电子设备的应用发展实际情况来看，电子及其相关产业的发展体 现出两个发展趋势，一个是追求小型化和集成化发展，另外一个则是追求高效率 和高运算发展。在电子设备的广泛应用发展下，一些单位容积范围内的电子元器 件发热量不断增加，电子设备的散热问题成为当前制约整个微电子工程发展的重 要问题。为此，需要相关人员结合实际积极思考和探究电子设备的散热策略，旨 在能够在实际应用操作中进一步增强电力电子产品的功能。 一、电子散热技术的发展 在社会经济和科技的快速发展下，电子散热技术也发生了深刻的变革。在最早，电子散热技术发展处于真空管时代，电子散热功率较大，电子器械的体积也 较大。之后，伴随晶管体的出现，使得电子散热功率、体积在一定程度上减小。 再之后，受CMOS技术应用的影响，电子设备的运行速度提升，散热技术的应用 发展面临前所未有的发展调整，在电子散热技术方面开始着重研究新型冷却技术。 二、热管的诞生和传热特性 在1942年的时候，美国学者提出在不用动力的情况下，利用介质的变化和毛细吸力能够在较小温差环境下传递大功率热量的构想。在上个世纪六十年代的时候，人们为了解决人造微卫星仪器温度控制问题，应用实践证明了热管这种装置 的导热性能是其他零部件导热性能的几千倍，在一时间，国家对热管的研究得到 了快速发展。从实际应用情况来看，热管的应用具有以下几方面的特点：第一， 热管的传热能力。从热管的传热能力来看，热管在进行传热操作的时候所应用的 材料数量和构件相对较少。第二，热管本身对热度和温度变化反应速度灵敏、快速，传热速度理想。第三，整个热管的表面温度控制均匀，能够在几千米以上进 行传热操作，且传热过程中温度降低较小。第四，整个热管的散热系统结构组成 灵活，热源和散热部分往往能够各自独立存在，在进行吸收散热的时候各个零部 件往往互不影响，使得电力电子产品的设计灵活多样。 近几年，热管技术开始在电器设备、电子元器件冷却、半导体冷却、大规模 集成电路板散热方面得到了广泛的应用，且取得了良好的效果，其中小型散热管、回路热管、脉动热管等体现出良好的发展潜力。 三、电子设备新型冷却方式和冷却介质的选择 （一）冷却方式的选择 电子设备新型冷却方式有自然风冷、强迫风冷、强迫液冷等三部分，其中， 自然风是一种最为理想的冷却方式，在进行冷却操作的时候往往不需要其他冷却 辅助设备的支持，但是冷却能力较差，仅仅适合在热流密度在每平方厘米0.04W 的电子元器件中进行冷却操作。强迫风冷冷却系统的构成则是较为简单，且开发 使用成本费用较低，但是受外形尺寸大小的影响，这类设备所能够为人们提供的 风量较小。液体冷却系统的构造则是较为复杂，设备运行所需要花费和消耗的成 本较高，但是在实际应有中所能够承受的热流密度较大，散热效率较高。 （二）冷却介质的选择 风冷电子设备运行所选择的冷却介质是空气，在选择这类设备的时候还需要

【CN110099548A】一种电子器件散热装置与方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910359479.0 (22)申请日 2019.04.30 (71)申请人 西安交通大学 地址 710049 陕西省西安市咸宁西路28号 (72)发明人 魏进家　袁博　张永海　 (74)专利代理机构 西安通大专利代理有限责任 公司 61200 代理人 安彦彦 (51)Int.Cl. H05K 7/20(2006.01) (54)发明名称一种电子器件散热装置与方法(57)摘要一种电子器件散热装置与方法，包括设置在流动通道内的电子器件，电子器件布置在流动通道的底面上；流动通道顶面上开设有第一出口与第二出口，与第一出口相连的第一管道上设置有第一电磁阀，与第二出口相连的第二管道上设置有第二电磁阀，流动通道底面上开设第一入口和第二入口，与第一入口相连的第三管道上设置有第三电磁阀；与第二入口相连的第四管道上设置有第四电磁阀。由一台PLC控制四枚电磁阀两两一组进行交替的开启与闭合，通过往复流动的液体对电子器件表面气泡的进行持续高效冲击，促使气泡脱离加热表面，并离开流道，显著提升了换热系数和临界热流密度，达到高热流密度条件 下电子器件散热的需求。权利要求书1页 说明书4页 附图3页CN 110099548 A 2019.08.06 C N 110099548 A

权　利　要　求　书1/1页CN 110099548 A 1.一种电子器件散热装置，其特征在于，包括设置在流动通道(5)内的电子器件，电子器件布置在流动通道(5)的底面上；流动通道(5)顶面上开设有第一出口与第二出口，与第一出口相连的第一管道(13)上设置有第一电磁阀(1)，与第二出口相连的第二管道(14)上设置有第二电磁阀(2)，流动通道(5)底面上开设第一入口和第二入口，与第一入口相连的第三管道(15)上设置有第三电磁阀(7)；与第二入口相连的第四管道(16)上设置有第四电磁阀(11)。 2.根据权利要求1所述的一种电子器件散热装置，其特征在于，流动通道(5)的横截面为矩形。 3.根据权利要求1所述的一种电子器件散热装置，其特征在于，第一入口与第二入口之间的距离以及第一出口与第二出口之间的距离均大于电子器件的长度10mm。 4.根据权利要求1所述的一种电子器件散热装置，其特征在于，第一电磁阀(1)、第二电磁阀(2)、第三电磁阀(7)与第四电磁阀(11)均与可编程逻辑控制器相连。 5.根据权利要求1所述的一种电子器件散热装置，其特征在于，第三电磁阀(7)与第四电磁阀(11)的入口均与流量计(6)相连。 6.根据权利要求5所述的一种电子器件散热装置，其特征在于，流量计(6)与离心泵(12)相连。 7.根据权利要求1所述的一种电子器件散热装置，其特征在于，电子器件连接有直流电源(10)。 8.根据权利要求1所述的一种电子器件散热装置，其特征在于，当第一电磁阀(1)与第四电磁阀(11)开启时，第二电磁阀(2)与第三电磁阀(7)闭合；当第二电磁阀(2)与第三电磁阀(7)开启时，第一电磁阀(1)与第四电磁阀(11)闭合。 9.一种基于权利要求1-8中任意一项所述散热装置的散热方法，其特征在于，通过可编程逻辑控制器相连控制第一电磁阀(1)与第四电磁阀(11)开启，第二电磁阀(2)与第三电磁阀(7)闭合，流动通道(5)内液体从右向左流过电子器件表面，进行流动沸腾换热；在经过一个动作周期后，第二电磁阀(2)与第三电磁阀(7)开启，第一电磁阀(1)与第四电磁阀(11)闭合，液体反向，从左向右流过电子器件表面；如此反复切换电磁阀工作状态，实现液体的高频往复流动，从而实现对电子器件的散热。 10.一种根据权利要求(9)所述的散热方法，其特征在于，一个动作周期为50ms。 2

半导体功率器件的散热设计

半导体功率器件的散热设计 摘要：本文主要阐述功率器件的散热原理及加装散热器的必要性，介绍如何正确选用散热器。 关键词：结温；散热器；散热；热阻 Abstrct: This papermainly expounds the necessityandprinciple of powerdevices withheatradiator,introduceshow to choose the rightradiator. Keyword: junction temperature radiator coolingthermalresistance 引言 半导体功率器件是多数电子设备中的关键器件，其工作状态的好坏直接影响整机可靠性。相关实验已经证明，器件工作温度直接影响其自身的可靠性，但是在功率转换电路中，器件自身会消耗一部分能量，这部分能量会转换为热量，使器件的管芯发热、结温升高，当结温超过器件自身规定的允许值时，电流会急剧增大而使晶体管烧毁。要保证结温不超过允许值，就必须将产生的热量有效的散发出去。 要解决散热问题可以从如下两方面入手，一是通过优化设计方式来减少发热量，如采用通态压降低的器件；另一方面是利用传导、对流、辐射的传热原理，将热量快速释放到周围环境中去，以减少热积累，使器件工作温度降低，如采用合适的散热器。 本文主要针对上述第二个方面进行探讨，分别从热设计相关概念、散热过程、正确选用散热器方法以上三个方面进行分析，以实例介绍方法的有效性。 散热过程是一个非常复杂的过程，影响因素较多，本文仅针对关键参数进行介绍，所有计算均为理想计算，与实际情况会存在一定的偏差。 一、热设计相关参数 1.耗散功率 在电路中功率器件自身消耗的功率。 2.热阻 热量在热流路径上遇到的阻力，反映介质或介质间的传热能力，即1W的热量所引起的温升大小，单位为℃/W或K/W。

电子设备常用散热方式的散热能力分析

电力电子设备常用散热方式的散热能力分析1 引言 随着电子组装技术的不断发展，电子设备的体积趋于微型化，系统趋于复杂化，高热密度成了一股不可抗拒的发展趋势。为了适应高热密度的需求，风扇、散热器等传统的散热手段不断推陈出新，新颖高效的散热方法层出不穷。在众多散热方式面前，区分各种散热方式的散热能力，从而选择既经济又可靠的散热方法成为设计人员极为关注的问题。本文针对风冷和水冷两种常用的散热方式，综合国内外文献中对这两种散热方式的研究结果，总结出这两种散热方式的散热能力，为热设计人员选择经济合理的散热方式提供参考依据。 2 各种传热方式的传热能力分析 各种传热方式传热系数的大致范围如附表所示[1]。对空气而言，自然风冷时的传热系数是很低的，最大为10w/(m2k)，如果散热器表面与空气的温差为50℃，每平方厘米散热面积上空气带走的热量最多为0.05w。传热能力最强的传热方式是具有相变的换热过程，水的相变过程换热系数的量级为103～104。热管的传热能力之所以很大，就是因为其蒸发段和冷凝段的传热过程都是相变传热。 附表各种传热方式的传热系数

文献[2]给出了根据散热体积和热阻选择散热方式的参考依据，如图1所示。例如对于热阻要求为0.01℃/w的散热方式，如果体积限制在1000 in3（1in3=16.4 cm3），可以选择风冷散热方式，但必须配备高效的风冷散热器；而如果体积限制在10 in3，只能选择水冷的散热方式。 图1 散热体积与热阻的大致关系 3 风冷 风冷散热方式成本低，可靠性高，但由于散热能力小，只适用于散热功率小而散热空间大的情况下。目前风冷散热器的研究热点是将热管与散热器翅片集成在一起，利用热管的高传热能力，将热量均匀地传输到翅片表面，提高翅片表面温度的均匀性，进而提高其散热效率。 空气强制对流冷却方式是目前电力电子元件常用的散热方式，其普通结构是散热器加风扇的形式。该结构虽然实施方便，成本较低，但其散热能力有限。以int

散热器的选型与计算

散热器的选型与计算 以7805为例说明问题. 设I=350mA,Vin=12V,则耗散功率Pd=(12V-5V)*0.35A=2.45W 按照TO-220封装的热阻θJA=54℃/W,温升是132℃,设室温25℃,那么将会达到7805的热保护点150℃,7805会断开输出. 正确的设计方法是: 首先确定最高的环境温度,比如60℃,查出7805的最高结温TJMAX=125℃,那么允许的温升是65℃.要求的热阻是65℃/2.45W=26℃/W.再查7805的热阻,TO-220封装的热阻θJA=54℃/W,均高于要求值,都不能使用,所以都必须加散热片,资料里讲到加散热片的时候,应该加上4℃/W的壳到散热片的热阻. 计算散热片应该具有的热阻也很简单,与电阻的并联一样,即54//x=26,x=50℃/W.其实这个值非常大,只要是个散热片即可满足. 散热器的计算: 总热阻RQj-a=(Tjmax-T a)/Pd Tjmax :芯组最大结温150℃ Ta :环境温度85℃ Pd : 芯组最大功耗 Pd=输入功率-输出功率 ={24×0.75+(-24)×(-0.25)}-9.8×0.25×2 =5.5℃/W

总热阻由两部分构成,其一是管芯到环境的热阻RQj-a,其中包括结壳热阻RQj-C和管壳到环境的热阻RQC-a.其二是散热器热阻RQd-a,两者并联构成总热阻.管芯到环境的热阻经查手册知RQj-C=1.0 RQC-a=36 那么散热器热阻RQd-a应<6.4. 散热器热阻RQd-a=[(10/kd)1/2+650/A]C 其中k:导热率铝为2.08 d:散热器厚度cm A:散热器面积cm2 C:修正因子取1 按现有散热器考虑,d=1.0A=17.6×7+17.6×1×13 算得散热器热阻RQd-a=4.1℃/W, 散热器选择及散热计算 目前的电子产品主要采用贴片式封装器件，但大功率器件及一些功率模块仍然有不少用穿孔式封装，这主要是可方便地安装在散热器上，便于散热。进行大功率器件及功率模块的散热计算，其目的是在确定的散热条件下选择合适的散热器，以保证器件或模块安全、可靠地工作。 散热计算 任何器件在工作时都有一定的损耗，大部分的损耗变成热量。小功率器件损耗小，无需散热装置。而大功率器件损耗大，若不采取散

电子产品散热技术最新发展(上)

堇查壁蔓ｉｊ三翌隧阉固电子产品散热技术最新发展（上） 最近几年ＬＳＩ、数码相机、移 动电话、笔记本电脑等电子产品． 不断朝高密度封装与多功能化方向发展．散热问题成为非常棘手的课题。ＬＳＩ等电子组件若未作妥善的散热处理．不但无法发挥ＬＳＩ的性能．严重时甚至会造成机器内部的热量暴增等。然而目前不论是ＬＳＩ组件厂商．或是下游的电子产品系统整合业者．对散热问题大多处于摸索不知所措的状态．有鉴于此．介绍一下国外各大公司散热对策的实际经验．深入探索散热技术今后的发展动向．是很有必要的＝．散热技术的变迁 如图１所示由于“漏电”问题使得ＬＳＩ的散热对策是系统整合的责任．这种传统观念正面临极大的变革。此处所谓的漏电是指晶体管（仃彻ｓｊｓ【ｏｒ）的ｓｏｕｒｃｅ与ｄｒａｉｎ之间．施加于ｌｅａｌ（电流的电源电压大晓而言。理论上ｌｅａｋ电力会随着温度上升不断增加．如果未有效抑制热量意味着１ｅａｌ【电力会引发更多的热量．造成１ｅａｋ电力持续上升恶性循环后果。 以Ｉｎｔｅｌ新推出的微处理器“ｎｉ唧ｐｒｏｃｅｓｓ）而言，它的消费电力之中６０％～７０％是属于１ｅａｋ电力＋一般认为未来１～２年ｌｅａｋ电力仍然扮演支配性角色。 图１电子组件散热对策的变化趋势 高弘毅 在此同时系统整合业者．由于 单位体积的热最不断膨胀．使 得如何将机器内部的热量排除 更是雪上加霜．因此系统整合 业者转因而要求ＬｓＩ组件厂商， 提供有效的散热对策参考模式， 事实上Ｉｍｅｌ已经察觉事态的严重 性，因此推出新型微处理器的 同时．还提供下游系统整合业 者有关ＬｓＩ散热设计的ｍｏｄｅｌ ｃａｓｅ．因此未来其他电子组件厂 商未来势必跟进。 如上所述ＬＳＩ等电子组件的散 热对策．成为电子业界高度嘱目 焦点．主要原因是电子产品性能 快速提升所造威。以往计算机与 数字家电业者大多忽视漏电电力 问题的存在．甚至采取增加电力 的手法补偿漏电电力造成的损失， Ｈ…１Ｕ¨ｏ『¨Ⅸ■｝ ◆以往：委由系统业者自行处理 今后：组件厂商夸力支持 可再啄■面ｉ而ｎ２２． 　万方数据

显卡散热器热仿真报告

本文的所有内容,包括文字、图片,均为原创。对未经许可擅自使用者,本公司保留追究其法律责任的权利。艾新科有限公司。 All content in this paper, including text, images, are all original. For the user without Asink ’s permission,the company reserves the right to pursue its legal GTX770显卡散热器热仿真报告 分析说明： 1、本仿真模型采用简化结构建模，主要针对主IC （GPU ）进行散热分析，其他热源只做辅助作用，故其他部分的温度及温度场不具有参考价值； 2、仿真时，各热源由客户提供估算的热功耗值，本模型中功耗设置情况如下表： 热源器件 单个器件TDP （W ） 数量 GPU 230 1 PCB1（GPU 平台） 10 1 总功耗（W ） 240W 3、仿真边界条件在无特殊说明时为25℃环温和标准大气压，重力设置为设备实际正常 使用时的重力方向。 模型结构： 上图为产品结构模型示意图，散热器轮廓尺寸262x105x39.9mm ，散热片主尺寸 236.5x84x37.5mm ，风扇理论噪音<45dBA ，散热器有效散热表面积约0.3m 2，热管数量1，热管参数60W/0.08℃/W 。 F o r a s i n k i n t e r n a l u s e o n l y .

本文的所有内容,包括文字、图片,均为原创。对未经许可擅自使用者,本公司保留追究其法律责任的权利。艾新科有限公司。 All content in this paper, including text, images, are all original. For the user without Asink ’s permission,the company reserves the right to pursue its legal 仿真结果： 1、散热器俯视温度云图及及局部散热结构件的温度 图1、散热器温度云图及散热器局部表面温度 F o r a s i n k i n t e r n a l u s e o n l y .

电源功率器件散热器计算

电源功率器件散热器计算 一、7805 设计事例 设I=350mA，Vin=12V，则耗散功率 Pd=(12V-5V)*0.35A=2.45W。按照TO-220 封装的热阻θJA=54℃/W，温升是132℃，设室温25℃，那么 将会达到7805 的 热保护点150℃，7805 会断开输出。 二、正确的设计方法是： 首先确定最高的环境温度，比如60℃，查出民品7805 的最高结 温 Tj(max)=125℃，那么允许的温升是65℃。要求的热阻是 65℃/2.45W=26℃/W。 再查7805 的热阻，TO-220 封装的热阻θJA=54℃/W， TO-3 封装（也就是大家说的“铁壳”）的热阻θJA=39℃/W，均 高于要求值，都不能使用（虽然达不到热保护点，但是超指标使用还 是不对的）,所以不论那种封装都必须加散热片。资料里讲到加散热片 的时候，应该加上4℃/W 的壳到散热片的热阻。 计算散热片应该具有的热阻也很简单，与电阻的并联一样，即 54//x=26， x=50℃/W。其实这个值非常大，只要是个散热片即可满足。 三、散热片尺寸设计 散热片计算很麻烦的，而且是半经验性的，或说是人家的实测结果。 基本的计算方法是:

1.最大总热阻θja ＝（器件芯的最高允许温度TJ －最高环境 温度 TA ）/ 最大耗散功率 其中，对硅半导体，TJ 可高到125℃，但一般不应取那么高，温度太高会降 低可靠性和寿命。 最高环境温度TA 是使用中机箱内的温度，比气温会高。 最大耗散功率见器件手册。 2.总热阻θja＝芯到壳的热阻θjc ＋壳到散热片的θcs ＋散热片到环 境的θsa 其中，θjc 在大功率器件的DateSheet 中都有，例如3---5 θcs对TO220 封装，用2 左右，对TO3 封装，用3 左右，加导热硅脂后， 该值会小一点，加云母绝缘后，该值会大一点。 散热片到环境的热阻θsa 跟散热片的材料、表面积、厚度都有关系，作为 参考，给出一组数据例子。 a.对于厚2mm 的铝板，表面积（平方厘米）和热阻（℃/W）的对应关系是： 中间的数据可以估计了。

9电子产品散热技术最新发展

散热设计（九）电子产品散热技术最新发展晨怡热管https://www.docsj.com/doc/6813826754.html,/news/42/2006-10-2 1:29:47 日期:2005-11-6 23:45:04 来源:电子设计资源网查看:[大中小] 作者：刘君恺热度： 最近几年包含LSI、数字相机、行动电话、笔记型计算机等电子产品，不断朝高密度封装与多功能化方向发展，使得散热问题成为非常棘手的课题，其中又以LSI等电子组件若未作妥善的散热对策，不但无法发挥LSI的性能，严重时甚至会造成机器内部的热量暴增等后果。然而目前不论是LSI组件厂商，或是下游的电子产品系统整合业者，对散热问题大多处于摸索不知所措的状态，有鉴于此本文将介绍国外各大公司，针对电子产品实施的散热对策实际经验，同时还要深入探索散热技术今后的发展动向。 散热技术的变迁 如图1所示由于「漏电」问题使得LSI的散热对策是系统整合的责任，这种传统观念正面临极大的变革。此处所谓的漏电是指晶体管(transistor)的source与drain之间，施加于leak 电流的电源电压大晓而言。理论上leak电力会随着温度上升不断增加，如果未有效抑制热量意味着leak电力会引发更多的热量，造成leak电力持续上升恶性循环后果。 以Intel新推出的微处理器(micro process)而言，它的消费电力之中60%～70%是属于leak电力，一般认为未来1～2年leak电力仍然扮演支配性角色。在此同时系统整合业者，由于单位体积的热量不断膨胀，使得如何将机器内部的热量排除更是雪上加霜，因此系统整合业者转因而要求LSI组件厂商，提供有效的散热对策参考模式，事实上Intel已经察觉事态的严重性，因此推出新型微处理器的同时，还提供下游系统整合业者有关LSI散热设计的model case，因此未来其它电子组件厂商未来势必跟进。

电子产品散热技术最新发展(下)

电子产品散热技术最新发展（下） ．３８，僵虿丽Ｆｉ蕊面 日本ＩＢＭ基于可靠性优先等考 虑仍然采用空冷方式．它是利用 小型ｈｅａｔｐｉｐｅ与冷却风扇的组合， 将微处理器产生的热量排至外部。 该公司在２００３年４月推出动作频率 为３，０６ＧＨｚ微处理器的膝上型计算 机，就是采用冷却性能比ｈｅａｔｐｉｐｅ 更高的ｖａｐｏｒ与冷却风扇构成的散 热器，这种新型散热器可将消费电 力为８４Ｗ的微处理器的热量排至机 体外部（图１１）。ＩＢＭ未采用水冷 方式的理由有两项，第一是可靠 性问题，由于ｐ砌ｐ等组件数量增 高弘毅 加，不但可靠性令人质疑．而且还 会成本上升等后果：第二是采用水 冷方式整体设计自由度相对受到限 制，因为水冷模块必需附设热交换 器，为了获得最佳化散热效率，反 而造成其它单元的１ａｖｏｕｔ受到极大 限制。有关冷却风扇的噪音，ＩＢＭ 认为冷却风扇的大型化可以降低转 速，进而减缓旋转造成的噪音。不 过该公司也承认未来必需开发空冷 以外的新技术。 随着数码摄影机的ＣＣＤ像素 增加与记录媒体的进步，轻巧小型 　万方数据

已经成为无法避免的潮流趋势。类似上述数字产品属于可携式精密电子设备，所以防尘、防水的密封性，以及防止记录时噪音混入都是必备特性，换言之未来无冷却风扇的散热设计，势必成为市场主流。 日立公司针对ＤＶＤ读写头的散热设计进行整体检讨，采用全新组件控制温度，以此稳定雷射的输出．使读写头的温度能抑制于７０℃以下。该公司的散热对策可分为三大项。分别是： （１）将基板产生的热量扩散至外筐散热。 （２）利用遮屏将高发热基板与读写头隔离。 （３）将基板与基板物理性距离分隔。 有关第（１）项，将热量扩散至外筐散热，具体方法是使用铜质板材外筐。 有关第（２）项，隔离高发热基板与读写，具体方法是使用葡锈钢遮屏，以此减少热量传导至读写头。 第（１）项述及的铜质板材外筐厚度与形状，根据日立表示经过最佳化模拟分析，成本可降至石墨膜片的ｌ／５以下（图１２）。 ⅣＣ新推出的高像素数码摄影机，由于消费电力从以往的２～３Ｗ暴增至９．７Ｗ，加上摄影机使用ＭＰＥＧ压缩／解压缩单芯片ＬＳＩ，传统铜质外筐显然无法有效达成散热要求，因此改采小型ｈｅａｔｐｉｐｅ（图１３），根据实验结果小型ｈｅａｔｐｉｐｅ可使上述ＬＳＩ的工作温度降至６６℃以下。 ＳＯＮＹ的２１１万像素数码摄影机，基于小型化与ＣｃＤ取像组件散热等考虑，同样是使用小型ｈｅａｔｐｉｐｅ，将ＣＣＤ的热量传至铝质舶ｍｅ，进而获得铜板无法比拟的 热传导效率（图１４）。 有关平面显示器（ＦＰＤ：Ｆｌａｔ ＰａｎｅｌＤｉｓｐｌａｙ）的散热设计，不论 是液晶电视与等离子电视．目前大 多延用传统散热方法，不过内建 图１３数码摄影机的内部散热结 构（ＪＶＣ） ｔｕｎｅｒ基板，亦即所谓的ｔＬｍｅｒ一体 型ＦＰＤＴＶ，未来若要达成无冷却 风扇目标，ｔｕＩｌｅｒ基板上的组件散热 对策就非常重要。ＳＨＡＲＰ的液晶 电视，设计阶段便非常积极利用热 模拟分析，仔细评估主要组件的实 际动作温度，并检讨各电路板冷却 设计，试图以此手法事先防范散热 问题（图１５）。根据ＳＨＡＲＰ表示经 过散热模拟分析的ｔｕＩｌｅｒ一体型ＦＰＤ ＴＶ，两个冷却风扇可减少一个． 散热效果则完全相同。ＰＩＯＮＥＥＲ 颞琢ｉ了菊石硇３璺． 　万 方数据

ANSYS流体教学DEMO之电子器件散热仿真分析

ANSYS流体教学DEMO之电子器件散热仿真分析 1. 摘要随着集成技术和微电子封装级数的飞速发展，芯片的总功率密度不断增长，而芯片和电子设备的物理尺寸却逐渐趋于小型、微型化，所以产生的热量迅速积累，导致集成器件周围的热流密度也在增加。由此产生的高温环境必将会影响到芯片和设备的性能，这就需要更加高效的热控制方案。因此，芯片的散热问题已演变成为当前电子行业散热的一大焦点。 2. 仿真模型介绍本案例所模拟的是一块放置在基板上的简化芯片的自然对流换热问题，如图1所示。芯片尺寸为 20*20*2mm，基板尺寸为40*40*8mm，外流场尺寸为 120*120*210mm，基板与外流场底部的距离为50mm。图1 模型示意图 3. 前处理通过三维建模软件建立该模型，在ICEM CFD中划分网格，网格如图2所示。将电池上表面命名为CELL_UP，用于监测电池上表面温度；按照UP为上表面、DOWN为下表面、SIDE为四周面的方式命名外流场边界，如P_UP、P_DOWN、P_SIDE，二维示意图如图3所示。将ICEM CFD 划分完成的网格导出，存为ICEM.msh文件。图2 总体网格示意图图3 模型命名示意图 4. 求解设置4.1 启动Fluent双击Fluent，将Dimension修改为3D，如图4所示。

图4 Fluent 启动界面4.2 模型设置打开模型树中的【Model】→【Energy】选择On，保持【Viscous】为Laminar，其余保持默认，设置如图5所示。图5 Models设置 4.3 添加材料双击模型树中的【Materials】，双击air材料，将Density改为boussinesq，设置为1.165；将Thermal ExpansionCoefficient改为constant，设置为0.003，如图6所示。图6 材料添加 4.4 边界条件设置双击【BoundaryConditions】，编辑【Zone】中的Outlet下的三个边界，在下方的TYPE中选择为pressure-outlet，其余保持默认，单击OK，如图7所示。图7 边界条件设置 4.5 求解方法设置双击【Solution Methods】，修改为图8 所示。图8 求解方法设置 4.6 流场初始化双击【Initialization】，将默认的Hybrid Initialization改为Standard Initialization，在Compute from 对话框中选择all-zones，单击Initialize，如图9所示。图9 流场初始化 4.7 求解双击【Run Calculation】，单击Check Case，检查设置流程。如果有设置偏差，会出现相应的提示，图10为其中一种，并非本案例内容；若设置完全正确，会出现图11所示对话框。图10 需要修改的提示 图11 完全正确的提示设置Number of Iterations为500步，

影响功率器件散热器散热性能的几何因素分析

Analysis of G eometric F actors on E ffect Upon the C apability of H eat Sink of Pow er Component FU Gui2cui,G AO Ze2xi (Beijing Univer sity o f Aeronautics and Astronautics,Dept.o f Systems Engineering,Beijing100083,China) Abstract:　Heat sink consist of base and fin,the main parameters include the length of fin,the thickness of fin,the thickness of base and the width of base.Introduces the geometric structure of heat sink and researches on the geometric factors effecting the capability of heat sink.Investigate that thermal resistance can be lowered effectively by changing the geometric parameters of heat sink and get better effect.Provides the gist for the choice and the optimization of heat sink. K ey w ords:　power com ponent;thermal design;heat sink;thermal resistance EEACC:　8550 影响功率器件散热器散热性能的几何因素分析 ① 付桂翠,高泽溪 (北京航空航天大学,工程系统工程系,北京　100083) 摘要:型材散热器的几何结构由肋片和基座构成,主要几何参数包括肋片长、肋片厚,肋片数、基座厚、基座宽等,研究了型材散热器几何因素对其热性能的影响,通过改变散热器的几何参数,可以有效的降低散热器的热阻,获得好的散热效果。本文的研究为型材散热器的的选择及优化设计提供了依据。 关键词:功率器件;热设计;散热器;热阻 中图分类号:T N305194;T N609 文献标识码:A 文章编号:1005-9490(2003)04-0354-03 功率器件是多数电子设备中的关键器件,其工作状态的好坏直接影响整机可靠性。功率器件尤其是大功率器件发热量大,仅靠封装外壳散热无法满足散热要求,需要配置合理散热器有效散热,而散热器的选择是否合理又直接影响功率器件的可靠性,因此分析影响散热器散热性能的因素,有利于合理选取散热器,提高功率器件的可靠性[1]。 1　散热器的选择 在电子设备热设计中,型材散热器由于结构简单,加工方便、散热效果好而得到了广泛的应用,其物理模型示意图如图1所示[2]。 它由肋片和基座构成,主要的几何参数包括肋片长、肋片厚,肋片数、基座厚、基座宽等。在选择散热器时一般需要依据散热器热阻来合理选择,同时还需要考虑以下几点:安装散热器允许的空间、气流流量和散热器的成本等。散热器散热的效果与散热器热阻的大小密切相关,而散热器的热阻除了与散热器材料有关之外,还与散热器的形状、尺寸大小以及安装方式和环境通风条件等有关,目前没有精确的数学表达式能够用来计算散热器的热阻,通常是通过实际测量得到。而散热器的有效面积与散热器几何参数密切相关[3]。 第26卷第4期2003年12月 电　子　器　件 Chinese Journal of E lectron Devices V ol.26,N o.4 Dec.2003 ①收稿日期:2003-07-01 作者简介:付桂翠(1968-),女,副教授,现主要从事可靠性工程,电子设备热设计技术研究工作,曾在国内外核心刊物上发 表论文十余篇,fuguicui@https://www.docsj.com/doc/6813826754.html,或fuguicui@https://www.docsj.com/doc/6813826754.html,; 高泽溪(1940-),男,教授,主要从事可靠性工程、电子设备热设计技术研究,获国防科工委、航空工业部科技进 步奖多次,在国内外核心刊物上发表论文数十篇.

散热器高效散热技术及应用研究阚宏伟

散热器高效散热技术及应用研究 摘要：随着电子技术的发展,使得电子器件的热流密度不断增加,这样势必对电子器有更高的散热要求,因此有效地解决散热问题已成为电子设备必须解决的关键技术。针对现代电子设备所面临的散热问题,就散热基本原理以及各种主流散热技术，包括自然对流散、强制风冷散热、液体冷却、热管、微槽道冷却、集成热路、热电致冷等常用的电子设备散热技术及某些前沿的研究现状、发展趋势及存在问题分别予以阐述。 关键词：热传递自然对流强制风冷热管散热热电制冷 引言：据统计,55%的电子设备失效是由温度过高引起的。可见,电子设备的主要故障形式为过热损坏,因此对电子设备进行有效的散热是提高产品可靠性的关键。电子设备的主要散热技术电子设备的高效散热问题与传热学(包括热传导、对流和热辐射)和流体力学(包括质量、动量和能量守恒三大定律)等原理的应用密切相关。 一：热传递主要有三种方式： 传导:物质本身或当物质与物质接触时，能量的传递就被称为热传导，这是最普遍的一种热传递方式，由能量较低的粒子和能量较高的粒子直接接触碰撞来传递能量。相对而言，热传导方式局限于固体和液体，因为气体的分子构成并不是很紧密，它们之间能量的传递被称为热扩散。 热传导的基本公式为“Q=K×A×ΔT/ΔL”。其中Q代表为热量，也就是热传导所产生或传导的热量；K为材料的热传导系数，热传导系数类似比热，但是又与比热有一些差别，热传导系数与比热成反比，热传导系数越高，其比热的数值也就越低。举例说明，纯铜的热传导系数为396.4，而其比热则为0.39；公式中A代表传热的面积(或是两物体的接触面积)、ΔT代表两端的温度差；ΔL则是两端的距离。因此，从公式我们就可以发现，热量传递的大小同热传导系数、热传热面积成正比，同距离成反比。热传递系数越高、热传递面积越大，传输的距离越短，那么热传导的能量就越高，也就越容易带走热量。 对流:对流指的是流体(气体或液体)与固体表面接触，造成流体从固体表面将热带走的热传递方式。 具体应用到实际来看，热对流又有两种不同的情况，即：自然对流和强制对流。自然对流指的是流体运动，成因是温度差，温度高的流体密度较低，因此质量轻，相对就会向上运动。相反地，温度低的流体，密度高，因此向下运动，这种热传递是因为流体受热之后，或者说存在温度差之后，产生了热传递的动力；强制对流则是流体受外在的强制驱动（如风扇带动的空气流动）,驱动力向什么地方，流体就向什么地方运动，因此这种热对流更有效率和可指向性。

散热器技术参数

散热器技术参数 标准化文件发布号：（9312-EUATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-

散热器价格技术参数 散热器技术参数 在使用功率器件时最重要的是如何使其产生的热量有效地散发出去，以获得高可靠性。 金旗舰散热的最一般方法是把器件安装在散热器上，散热板将热量辐射到周围的空气中去，以及通过自然对流来散发热量。 一般地说，从散热器到周围的空气的热流量(P)可由下例表示。 P=hA η△T式中h为散热器总的传热导率（W/cm2℃），A为散热器的表面积（cm2），η为散热器效率，△T为散热器的最高温度与环境温度之差（℃）。上式中h是由辐射及对流来决定，η是由散热器的形成来决定。 总之，散热器的表面积越大，与环境温度之差越大，散热板的热量辐射越有效。 （1）辐射散热 下述近似式表示辐射散热 hr=×10-11×ε（△T/2+237）3（W/cm2℃） 式中ε是表面辐射率，随散热器的表面状况而变化。表面研磨光洁的产品ε=~也就是说辐射率极差。然而，散热器表面涂以涂料，经氧化可使ε=1。 （2）对流散热

功率器件安装在装置的框架上时，采用对流散热比辐射散热更有效。在一个大气压的空气中，采用对流散热器的传导率近似地由下式表示。 hc=×10-4×（△T/H）1/4（W/cm2 ℃） 式中，H是散热器垂直方向长于水平方向更为有效。 （3）散热器效率η 若用薄材料制成散热器，则离热源越远，表面温度越低，散热效果也越差。上述公式是假定温度都是均在分布的，而实际上在散热板的 边缘部位表面温度越低。 这种由散热器本身温度确定的系数就是散热器效率，它表示散热板实际传递的热量与器材安装部位最高温度视为均匀分布时的热量之比。η主要是由所用散热器的材料大小与厚度来决定的。一般地说，热传导率高的材料如铝（cm2 ℃）及铜（cm2 ℃）而钢（cm2℃）就相当差了。 另外，散热器的厚度以厚些为好，并以跟散热器的长度平方成比例为最佳。根据上述各点，适用于功率器件的散热器应满足下列要求： (Ⅰ)表面积尽可能大些 (Ⅱ)散热器表面阳极氧化，发黑处理 (Ⅲ)散热器配置应使空气易于流通，以长边取垂直方向为佳 (Ⅳ)使用热传导率良好的铝及铜作为散热器材料 (Ⅴ)散热器厚些为好，厚度与长度平方成比例

电子器件散热技术现状及进展

电子器件散热技术现状及进展 随着电子及通讯技术的迅速发展，高性能芯片和集成电路的使用越来越广泛。电子器件芯片的功率不断增大，而体积却逐渐缩小，并且大多数电子芯片 的待机发热量低而运行时发热量大，瞬间温升快。高温会对电子器件的性能产 生有害的影响，据统计电子设备的失效有55 %是温度超过规定值引起的，电子器件散热技术越来越成为电子设备开发、研制中非常关键的技术。电子器件散 热的目的是对电子设备的运行温度进行控制(或称热控制)，以保证其工作的稳 定性和可靠性，这其中涉及了与传热有关的散热或冷却方式、材料等多方面内容，目前主要有空气冷却技术和液体冷却技术两大类。 1 空气冷却技术 空气冷却技术是目前应用最广泛的电子冷却技术，包括自然对流空气冷却技 术和强制对流空气冷却技术。自然对流空气冷却技术主要应用于体积发热功率 较小的电子器件，利用设备中各个元器件的空隙以及机壳的热传导、对流和辐 射来达到冷却目的。 自然对流依赖于流体的密度变化，所要求的驱动力不大，因此在流动路径中 容易受到障碍和阻力的影响而降低流体的流量和冷却速率。对于体积发热功率 较大的电子器件，如单一器件功耗达到7 W(15~25 W-cm-2)，板级(印制电路板) 功耗超过300 W(2~3W-cm-2)时，一般则采用强制对流空气冷却技术。强制散热或冷却方法主要是借助于风扇等设备强迫电子器件周边的空气流动，从而将 器件散发出的热量带走，这是一种操作简便、收效明显的散热方法。提高这种 强迫对流传热能力的方法主要有增大散热面积(散热片)以及提高散热表面的强 迫对流传热系数(紊流器、喷射冲击、静电作用)。对一些较大功率的电子器件，可以根据航空技术中的扰流方法，通过在现有型材散热器中增加小片扰流片，

基于快速热响应相变材料的电子器件散热技术

华南理工大学学报(自然科学版) 第35卷第7期Journal of Sou th C hina U n iversity of Technology V ol .35　N o .7 2007年7月 (N atu ral Science Edition )July 2007 文章编号:10002565X (2007)0720052205 　 　收稿日期:2006209226 3基金项目:广东省自然科学基金资助项目(05006551)　作者简介:尹辉斌(19802),男,博士生,主要从事传热强化与数值模拟研究.E 2mail:peppy222@https://www.docsj.com/doc/6813826754.html, 通讯作者:高学农,副教授,E 2mail:cexngao@scut .edu .cn 基于快速热响应相变材料的电子器件散热技术 3 尹辉斌1 　高学农1 　丁　静2 　张正国 1 (1.华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室,广东广州510640;2.中山大学工学院,广东广州510006) 摘　要:以石蜡为相变材料,利用膨胀石墨的高导热系数和多孔吸附特性,制备出高导热系数的快速热响应复合相变材料,其导热系数可达41676W /(m ?K ).将该材料应用于电子器件散热装置,在不同的发热功率条件下,储热材料散热实验系统的表观传热系数是传统散热系统的1136～2198倍,其散热效果明显优于传统散热系统,可有效提高电子元器件抗高负荷热冲击的能力,保证电子电器设备运行的可靠性和稳定性.关键词:相变材料;热性能;电子器件;散热 中图分类号:TK124;T Q 021.3 文献标识码:A 随着电子及通讯技术的迅速发展,高性能芯片和大规模及超大规模集成电路的使用越来越广泛.电子器件芯片的集成度、封装密度以及工作频率不断提高,而体积却逐渐缩小(例如,微处理器的特征尺寸在1990至2000年内从0135μm 减小到0118μm ),这些都使得芯片的热流密度迅速升高 [1] .由于高温会 对电子元器件的性能产生有害的影响,如过高的温度会危及半导体的结点,损伤电路的连接界面,增加导体的阻值和形成机械应力损伤 [2] .随着温度的升 高,其失效率呈指数增长趋势,甚至有的器件在环境温度每升高10℃,失效率增大1倍以上,被称为10℃法则.据统计,电子设备的失效率有55%是温度超过规定的值引起的 [3] .同时,大多电子芯片的待机 发热量低而运行时发热量大,使瞬间温升快.因此抗热冲击和散热问题已成为芯片技术发展的瓶颈.相变储热材料由于具有蓄能密度大、蓄放热过程近似等温、过程易控制等优点,备受研究者的关注,而提高其热性能更成为了研究热点 [426] .近年来,将相变 储热材料应用于电子元件的散热技术在国外已受到 广泛重视,并在航空、航天和微电子等高科技系统及军事装备中 [7211] 得到一定应用. 将快速热响应复合相变储热材料应用于电子器件的散热器中,针对大多数电子器件满负荷工作时间短而待机时间长的特点,对电子器件及芯片因散热而引起的表面温度升高可起到移峰填谷的作用.当电子器件满负荷工作时可将部分热量储存起来,而在其待机发热量低时再释放出储存的热量,这样可有效提高电子器件抗高负荷热冲击的能力,保证电子电器设备运行的可靠性和稳定性,同时在低温环境中电子器件可不经过预热便能正常工作.复合相变储热材料的散热技术可广泛应用于各类电子产品中,具有良好的应用前景. 1　复合相变材料的热性能 与传统的散热方式不同,对于基于快速热响应储热材料的散热技术除要求相变材料的储热密度大之外,还要求材料具有较高的导热系数,传热速率快.为解决传统相变材料高储热密度和低导热系数之间的矛盾,根据电子元件散热技术领域对快速热响应相变储热材料的性能(如密度、相变温度、储热密度)要求,实验选定导热系数高且密度低的膨胀石墨作为无机支撑材料,石蜡作为有机相变材料,利用石蜡与膨胀石墨间的固、液表面张力,孔隙结构的