电子设备散热技术探讨的论文

　　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0.04W/以下的电子元器件的冷却。强迫风冷的冷却系统结构简单、紧凑,成本低,设备量少,但受外形尺寸及重量的限制，所提供的风量有限,适合热流密度较低的场合。一般情况下,在热流密度小于0.4W/cm2时,可采用强迫风冷。液体冷却系统相对复杂,设备量大,成本高,但其承受的热流密度大,散热效率高,热负载温度梯度小,适合热流密度较高的场合。冷却方式的选择见图1。

　　1.2冷却介质的选择

　　风冷电子设备的冷却介质是空气,根据电子设备的要求,有时需要对空气进行除尘、除湿等处理。液冷电子设备冷却介质的选择,需要综合考虑以下几个方面：

　　1)冷却介质的热特性参数，包括导热系数、比热容等;

　　2)冷却介质的物理特性,包括适当的沸点和冰点及是否易燃、有毒等;

　　3)冷却介质的相容性,要考虑冷却介质对散热器是否有腐蚀作用，与密封圈的橡胶种类是否相容等;

　　4)要求冷却介质成本低,适合长期使用;

　　5)如果在高压下使用，还需要考虑冷却介质的一些电气特性。

　　水和乙二醇水溶液都是较为常用的冷却介质，也有一些电子设备是用油作为冷却液的。从散热角度考虑,水是最理想的冷却介质，其比热容大，导热系数高,且价格低廉。但水的冰点较高，不适合在低温环境下(如冬季室外或高空中)对电子设备进行冷却。军用电子设备,特别是机载电子设备对环境要求苛刻，国内一般都以浓度为65%的乙二醇水溶液作为冷却介质,其特点是冰点低、热容大。水和65#冷却液的性能比较见表1。

　　2冷却系统设计

　　2.1冷却系统的设计原则及准备

　　2.1.1设计原则

　　冷却系统设计的目的就是在热源至最终散热环境之间提供一条可以把热量迅速传递出去的低热阻通道，以满足电子设备散热可靠性的要求。在进行冷却系统设计时,一般要考虑如下几个方面:

　　1)冷却系统具有充裕的冷却能力，以保证电子元器件能够在规定的环境(尤其是高温环境)中正常工作;

　　2)冷却系统具有高的可靠性;

　　3)冷却系统具有良好的维修性,操作、维护方便;

　　4)冷却系统具有较高的性价比。

　　2.1.2设计准备

　　在进行电子设备冷却系统设计前，要首先明确以下几点：

　　1)确定电子设备的工作环境。要确定电子设备的工作环境是室内还是室外,是地基还是空载。如果是空载,还要确定是舱内还是舱外及载机的高度。根据这些环境条件,估算出电子设备工作的环境极限温度。

　　2)计算电子设备的热耗及热流密度。通过功率、效率计算,估算出电子设备的热耗,结合电子设备的体积、散热面积计算出电子设备工作时的热流密度。

　　3)确定冷却方式。根据电子设备的热流密度,确定电子设备的冷却方式并选择合适的冷却介质，同时还要确定电子设备的载体(如战斗机)是否能提供所需要的冷却介质。

　　4)确定冷却介质的流量。根据电子设备的热耗及确定的冷却介质，可根据以下两个公式计算出所需要的冷却介质的流量(质量流量和体积流量)：