电子元器件如何高效散热

随着电子器件的高频、高速以及集成电路技术的迅速发展，电子元器件的总功率密度大幅度增长而物理尺寸却越来越小，热流密度也随之增加，所以高温的温度环境势必会影响电子元器件的性能，这就要求对其进行更加高效的热控制。如何解决电子元器件的散热问题是现阶段的重点。因此，本文对电子元器件的散热方法进行了简单的分析。

电子元器件的高效散热问题，受到传热学以及流体力学的原理影响。电气器件的散热就是对电子设备运行温度进行控制，进而保障其工作的温度性以及安全性，其主要涉及到了散热、材料等各个方面的不同内容。现阶段主要的散热方式主要就是自然、强制、液体、制冷、疏导、热管等方式。

一、自然散热或冷却方式

自然散热或者冷却方式就是在自然的状况之下，不接受任何外部辅助能量的影响，通过局部发热器件以周围环境散热的方式进行温度控制，其主要的方式就是导热、对流以及辐射集中方式，而主要应用的就是对流以及自然对流几种方式。其中自然散热以及冷却方式主要就是应用在对温度控制要求较低的电子元器件、器件发热的热流密度相对较低的低功耗的器材以及部件之中。在密封以及密集性组装的器件中无需应用其他冷却技术的状态之中也可以应用此种方式。在一些时候，对于散热能力要求相对较低的时候也会利用电子器件自身的特征，适当的增加其与临近的热沉導热或者辐射影响，在通过优化结构优化自然对流，进而增强系统的散热能力。

二、强制散热或冷却方法

强制散热或冷却方法就是通过风扇等方式加快电子元器件周边的空气流动，带走热量的一种方式。此种方式较为简单便捷，应用效果显著。在电子元器件中如果其空间较大使得空气流动或者安装一些散热设施，就可以应用此种方式。在实践中，提升此种对流传热能力的主要方式具体如下：要适当的增加散热的总面积，要在散热表面产生相对较大的对流传热系数。

在实践中，增大散热器表面散热面积的方式应用较为广泛。在工程中主要就是通过翅片的方式拓展散热器的表面面积，进而强化传热效果。而翅片散热方式可以分为不同的形式，在一些热耗电子器件的表面以及空气中应用的换热器件。应用此种模式可以减少热沉热阻，也可以提升其散热的效果。而对于一些功率相对较大的电子期间，则可以应用航空中的扰流方式进行处理，通过对散热器中增加扰流片，在散热器的表面流场中引入扰流则可以提升换热的效果。

三、液体冷却散热方法

对电子元器件中应用液体冷却的方法进行散热处理，是一种基于芯片以及芯片组件形成的散热方式。液体冷却主要可以分为直接冷却以及间接冷却两种方式。间接液体冷却方式就是其应用的液体冷却剂与直接与电子元件进行接触，通过中间的媒介系统，利用液体模块、导热模块、喷射液体模块以及液体基板等辅助装置在发射的热元件中之间的进行传递。直接的液体冷却方式也可以称之为浸入冷却方式，就是将液体与相关电子元件直接接触，通过冷却剂吸收热量并且带走热量，主要就是在一些热耗体积密度相对较高或者在高温环境中应用的器件。

四、散热或冷却方法的制冷方法

散热或冷却方法的制冷方法主要有制冷剂的相变冷却以及Pcltier制冷两种方式，在不同的环境中其采取的方式也是不同的，要综合实际状况合理应用。制冷剂的相变冷却就是一种通过制冷剂的相变作用吸收大量热量的方式，可以在一些特定的场合中冷却电子器件。而一般状态主要就是通过制冷剂蒸发带走环境中的热量，其主要包括了容积沸腾以及流动沸腾两种类型。在一般状况之下，深冷技术也在电子元器件的冷却中有着重要的价值与影响。在一些功率相对较大的计算机系统中则可以应用深冷技术，不仅仅可以提升循环效率，其制冷的数量以及温度范围也较为广泛，整个机器设备的结构相对的较为紧凑且循环的效率也相对较高。Pcltier制冷通过半导体制冷的方式散热或者冷却处理一些常规性的电子元器件，具有装置体积小、安装便捷且质量较强、便于拆卸的优势。此种方式也称之为称热电制冷方式，就是通过半导体材料自身的Pcltier效应，在直流电通过不同的半导体材料在串联的作用之下形成电偶，可以通过在电偶两端吸收热量、放出热量，这样就可以实现制冷的效果。此种方式是一种产生负热阻的制冷技术与手段，其稳定性相对较高，但是因为其成本相对较高，效率也相对较低，在一些体积相对较为紧凑，且对于制冷要求较低的环境中应用。其散热温度≤100℃；冷却负载≤300W。

五、散热或冷却中的能量疏导方式

通过传递热量的传热元件将电子器件散发的热量传递给另一个环境中。而在电子电路集成化的过程中，大功率的电子器件逐渐增加，电子器件的尺寸也越来越小。对此，这就要求散热装置自身要具有一定的散热条件，而散热装置自身也要具有一定的散热条件。因为热管技术其自身具有一定的导热性特征，具有良好的等温性特征，在应用中具有热流密度可变性且恒温特性良好、可以快速适应环境的优势，在电子电气设备的散热中应用较为广泛，可以有效的满足散热装置的灵活、高效率且可靠性的特征，现阶段在电气设备、电子元器件冷却以及半导体元件的散热方面中应用较为广泛。热管是一种高效率且通过相变传热方式进行热传导的模式，在电子元器件散热中应用较为广泛。在实践中，必须要对不同的种类要求，对热管进行单独的设计，分析重力以及外力等因素的影响等合理设计。而在进行热管设计过程中要分析制作的材料、工艺以及洁净度等问题，要严格控制产品质量，对其进行温度监控处理。

六、热管散热

典型的热管由管壳、多孔毛细管芯和工作介质组成。工质在真空状态下从蒸发段吸收热源产生的热量汽化后，在微小的压差作用下，迅速流向冷凝段，并向冷源放出潜热而凝结成液体凝结液再在吸液芯毛细抽吸力的作用下从冷凝段返回蒸发段，再吸取热源产生的热量。如此循环往复，不断将热量自蒸发段传递向冷凝段。热管最大的优点是能在温差很小的情况下传递大量热量，其相对导热率是铜的几百倍被称为“近超导热体”，但任何一只热管都存在传热极限，当蒸发端的发热量超过某极限值时，热管内的工作介质便会全部汽化，导致循环过程中断热管失效。由于目前我国在微型热管的技术方面还不成熟，使得热管在电力电子设备冷却中还没有得以广泛的应用。

审核编辑：彭静