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

根据整个电子设备的要求及时清理设备上面的灰尘。液冷电子设备冷却介质的应

用选择需要着重考虑以下几个方面的内容：第一，冷却介质的热特点参数，如导

热系数、比热容等。第三，冷却介质的物理特点，包含物体的沸点和冰点是否会

燃烧、是否存在毒性等。第三，冷却介质的相容性。在选择冷却介质的时候需要

对散热器是否具备腐蚀作用、密封橡胶种类等进行思考。第三，在高压环境下应

用冷却介质的时候需要考虑冷却介质的电气特点。

（三）冷却系统的总体设计

1、设计原则和设计准备

冷却系统设计的重要目的是在热源和散热环境之间提供一条能够将热量有效

传递出去的低热阻通道，从而有效满足电子设备的散热需求。在进行冷却系统设

计的时候要注重考虑以下几方面的因素：第一，冷却系统本身要具备良好的冷却

能力，在使用过程中需要确保各个电气元器件能够在良好的环境下有效工作。第二，冷却系统要具备良好的可靠性。第三，冷却系统在使用的时候要具备良好的

操作性、维护性。

在设计电子设备冷却系统之前要做好以下几点工作：第一，确定适合的电子

设备工作环境。在设计电子设备冷却系统的时候需要确定整个电子设备的工作环

境是在室外还是室内、是空载的还是地基的一种形式。如果是空载的则是需要确

定舱内或者舱外的载机高度。第二，通过功率、效率等计算好各个电子设备的能

耗消耗和热流密度情况，选择适合的电子设备。第三，确定电子设备冷却介质的

流量。

2、整个风冷系统的设计

在使用自然风冷的时候如果整个电子器件的热流量较小，则是需要应用空气

对流来换走多余的热量；在这个过程中如果热流量较大，则是可以通过适当增加

散热器的方式来实现散热和空气对流散热的有效结合。在电子器件的热流密度超

过每平方厘米0.04W的时候，如果仍然应用之前的冷却方法则是不能将热量有效

带走，这个时候需要相关人员使用强迫风冷的方式。

从强迫风冷的使用情况来看，其具体分为直接风冷、间接风冷两种形式，其中，直接风冷主要是指将冷却风直接吹到相应的电子器件上，总体散热良好，一

般适合应用在不方便采取间接风冷的电子器件上。和直接风冷相比，间接风冷主

要是指将电子器件贴在冷板或者散热器上，在冷板、散热器的作用下带走多余器

件的热量。从风的动力来源情况阿里坎，强迫风冷一般分为吹风、排风两种形式，吹风冷一般需要在相应设备上连接风口接风机，接风机的使用往往会占据较大的

面积，且在工作中产生的噪声和震动性较大。

（四）液冷系统的设计

结合电子器件和冷却液是否发生了接触，液体冷却可以分为直接液体冷却和

间接液体冷却两种方式。在使用操作的时候，直接液体冷却会将需要的冷却电子

器件直接浸泡在冷却液中，基于这种操作对冷却液和电子器件有着较高的要求，

为此很少得到人们的应用。间接强迫液体冷却是指将电子器件安装到相应的冷板上，冷却液经过冷板从中带走相应的热量。在进行间接强迫液冷设计操作的时候

需要着重注意以下几个问题：第一，液冷系统所能够承受的压力。在一般情况下，液冷系统所能够承受的压力在30kpa-1000kap之间，冷却液在暴露之后很容易引

发整个器件的短路，为此，在选择、设计冷却系统的时候需要加强对液冷系统的

严格检查。第二，在设计电子器件设备的时候需要对整个冷却系统进行分流、集

成装置设计，实现各个流路冷却流量和电子器件热消耗的匹配。