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1、电子设备散热技术探讨引言随着电子技术的飞速发展,大功率、高功率密度器件被大量研制和应用。电子设备在功率增加的同时，其热耗也在增加,有些电子器件工作时的表面热流密度已达数十瓦每平方厘米。大量的热耗如果不能及时散发出去,将极大地影响电子设备的可靠性。据统计，在导致电子设备失效的因素中，温度占55%(其余因素为灰尘6%,湿度19%,振动20%)1。电子设备的运行实践表明：随温度的增加，电子元器件的失效率呈指数增长,对于有些电子器件,环境温度每升高10°C,失效率甚至会增大一倍以上1,这在不同程度上降低了设备的可靠性。此外，由于设计理念的转变，电子器件的封装度不断
2、提高，小型化、模块化成为电子设备的发展趋势,这就对电子设备的热设计提出了更高的要求,科学、有效的冷却系统设计就显得尤为重要。1冷却方式及冷却介质的选择1.1冷却方式的选择常用的冷却方式主要有自然风冷、强迫风冷和强迫液冷三大类。自然风冷是最理想的冷却方式,无需其他辅助设备，但其冷却能力较低，适合热流密度在0.04A公司及德国的ParKer公司等。4)为了提高冷板的散热效果,冷板应选用导热系数高的材料（如铜或铝）制作，冷板表面应尽量平整、光滑。为了保证电子器件与冷板紧密接触，电子器件与冷板间应有足够的压紧力，并根据需要填加导热硅胶或导热垫（现有一些相变材料的导
3、热垫，可在部分场合代替导热硅胶）。填加的导热胶或导热垫的厚度应尽量薄，以免增加额外的热阻。5)间接液冷系统电子设备的温度梯度较小,在冷却液流量达到某个值后,再盲目地增加冷却液流量并不能达到很好的散热效果。如果需要进一步改善冷却效果,就需要对冷板的结构进行改进,或降低冷却液的温度。6)液冷系统的流阻要尽量小，一般不应超过1MPa。为了降低系统的流阻,液冷通道要尽量短，通流面积要尽量大,流路上要避免急剧的转弯、扩张或收缩以免局部压力损失过大。7)对于热耗较大、对温度比较敏感的电子器件应尽量布在冷却液的入口位置。8)液冷系统中要有温度、流量、压力等监控系统，见图
4、2。3仿真、试验计算机仿真是冷却系统设计不可或缺的一个手段，现在常用的设计软件有ICEPAK,FLUENTFLO-THERM,CFdesign等,这些热设计软件极大地提高了热设计的效率，降低了设计成本,特别是对于一些新型散热器或复杂冷却系统的设计,其设计效果尤为明显。图4是某间接强迫液冷系统的仿真结果，从图中可以看出,在冷板内部加设翅片后,冷却效果有了很大的改善。此外,还可以改进翅片的材料、形状等以进一步改善散热效果,但如果翅片结构过于复杂,冷板的流阻也会随之上升。试验是检验冷却系统冷却效果的必要环节。通过前期的计算、仿真、设计,做出实物样机后,必须通过严
5、格的试验检验冷却系统的各项指标（包括流阻、密封性、温升等）是否满足设计要求。4结束语热设计是提高电子设备可靠性的必要手段，我国1992年7月颁布了国家军用标准GJB/Z2742《电子设备可靠性热设计手册》是进行热设计的基本依据。本文主要介绍风冷和液冷技术在电子设备散热方面的应用及设计时需要注意的问题。风冷和液冷技术现在应用得比较多,也比较成熟,所需要进一步研究的是开发出导热系数更高的材料,设计出散热效果更好的散热器。钻石的导热系数达到了2300?K,但由于其资源的稀缺性,不可能被广泛采用；一些纳米材料也具有极高的导热系数,如单壁纳米管和多壁纳米管在常温下的
6、导热系数已达到3000?K以上，如果这些材料能得到普及应用，将对电子设备的散热技术产生革命性的影响。吕洪涛(中航雷达与电子设备研究所，江苏无锡214063)
