電子產(chǎn)品的幾種高效散熱方式

作者：蘭洋科技????瀏覽量：6647????時(shí)間：2023年08月31日????標(biāo)簽: 自然冷卻對流散熱熱隔離

導(dǎo)讀：

電子產(chǎn)品的性能越來越強(qiáng)大，而集成度和組裝密度不斷提高，導(dǎo)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(qiáng)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(shè)備運(yùn)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(nèi)容?，F(xiàn)階段電子元器件散熱主要有自然、強(qiáng)制、液體、制冷、疏導(dǎo)、熱隔離等方式。

散熱設(shè)計(jì)：

散熱技術(shù)主要是指外部熱設(shè)計(jì)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(nèi)容。根據(jù)熱傳導(dǎo)、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)熱體無關(guān)的能源參與進(jìn)行強(qiáng)制散熱，比如風(fēng)扇、液冷中的水泵，相變制冷中的壓縮機(jī)，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)散來進(jìn)行降溫。目前應(yīng)用較多的散熱技術(shù)主要有自然散熱或冷卻方式、強(qiáng)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(dǎo)散熱或冷卻方式、熱隔離散熱方式等。

自然散熱

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(dǎo)熱性來帶走熱量并將熱量散發(fā)到空氣中的冷卻方式。即在沒有特定風(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(jī)加工或散熱合金鑄件來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的散熱。自然散熱以及冷卻方式主要是應(yīng)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(qiáng)制散熱

強(qiáng)制散熱或冷卻方法就是通過風(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)冷散熱也是很常見的散熱技術(shù)，其制造相對簡單，具有價(jià)格相對較低，安裝簡單等優(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(shè)施，就可以應(yīng)用此種方式。在實(shí)踐中，適當(dāng)?shù)脑黾由岬目偯娣e、在散熱表面產(chǎn)生相對較大的對流傳熱系數(shù)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(yīng)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(yīng)用的液體冷卻劑不直接與電子元器件接觸，而是通過中間的媒介系統(tǒng)，利用液體模塊、導(dǎo)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(yīng)用的器件。

主動(dòng)制冷

通過制冷進(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(yīng)用。

1、制冷劑的相變冷卻

就是一種通過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合中冷卻電子器件。而一般狀態(tài)主要就是通過制冷劑蒸發(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)沸騰兩種類型。

作為通過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重要的價(jià)值與影響。在一些功率相對較大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中可以應(yīng)用深冷技術(shù)，不僅僅可以提升循環(huán)效率，其制冷的數(shù)量以及溫度范圍也較為廣泛，整個(gè)機(jī)器設(shè)備的結(jié)構(gòu)相對較為緊湊，循環(huán)的效率也相對較高。

2、半導(dǎo)體制冷

通過半導(dǎo)體制冷的方式散熱或者冷卻處理一些常規(guī)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。

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

此種方式是一種產(chǎn)生負(fù)熱阻的制冷技術(shù)與手段，其穩(wěn)定性相對較高，但是因?yàn)槠涑杀鞠鄬^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(yīng)用。

疏導(dǎo)散熱

通過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程中，大功率的電子器件逐漸增加，電子器件的尺寸越來越小，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(dǎo)熱性特征和良好的等溫性特征，在應(yīng)用中具有熱流密度可變性且恒溫特性良好、可以快速適應(yīng)環(huán)境的優(yōu)勢，因而在電子電氣設(shè)備的散熱中應(yīng)用較為廣泛，可以有效的滿足散熱裝置靈活、高效且可靠的特性，現(xiàn)階段在電氣設(shè)備、電子元器件冷卻以及半導(dǎo)體元件的散熱方面中應(yīng)用較為廣泛。

熱管是一種高效率且通過相變傳熱方式進(jìn)行熱傳導(dǎo)的模式，在電子元器件散熱中應(yīng)用較為廣泛。在實(shí)踐中，必須要根據(jù)不同種類的要求，對熱管進(jìn)行單獨(dú)的設(shè)計(jì)，并通過分析重力以及外力來進(jìn)行因素的影響來進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。熱管設(shè)計(jì)過程中，要分析制作的材料、工藝以及潔凈度等問題，并嚴(yán)格控制產(chǎn)品質(zhì)量，對其進(jìn)行溫度監(jiān)控處理。

熱隔離

熱隔離就是通過絕熱技術(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(yīng)用的是非真空類型的絕熱處理。而非真空的絕熱就是通過低導(dǎo)熱系數(shù)的絕熱材料開展。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(dǎo)熱系數(shù)的物理參數(shù)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(qiáng)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，延長設(shè)備的應(yīng)用壽命。在實(shí)踐中，因?yàn)闇囟戎苯佑绊懡^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(nèi)輻射。在應(yīng)用絕熱措施的時(shí)候，設(shè)備運(yùn)行時(shí)間如果相對較長，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(dǎo)致多孔絕熱材料自身的總導(dǎo)熱系數(shù)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(yīng)用效果。