电子器件冷却技术概况与进展
电子器件冷却技术_百度文库
第27卷第3期2005年8月低温物理学报CHINESEJOURNALOFLOWTEMPERATUREPHYSICSVol.27,No.3Aug.,2005电子器件冷却技术陈登科中国电子科技集团公司第十六研究所,安徽万瑞冷电科技有限公司,合肥230043文章讨论了电子冷却的对象和冷却方法;论述了微通道冷却、新型热管、热喷射、集成热路等新的冷却方法;介绍了介观制冷器、热电子发射制冷开发中的冷却/制冷技术.关键词:电子,冷却PACC:71201关于电子冷却技术冷却技术涉及到许多领域.在电子领域,冷却技术也已渗透到方方面面,从电子技术一产生就有了冷却问题.电子技术发展突飞猛进,冷却技术也伴随着它,始终起着基础的和保障的作用.1.1电子冷却的必要性对电子领域的冷却主要有以下原因:①带走器件的发热:电子器件对信息(这里“信息”可以是电流、电磁振荡、声、光等任何形式)的处理过程实质上是能量的转化过程.这总会伴随着发热,发热的根源是任何能量转化过程都不可能是100%的效率,不足100%部分的能量全部或大多数变成了热量,这部分热量不能让它累积在电子器件中,必须散发出去.电子器件向更小、更高速、更大功率密度方向发展,这些都意味着更大的热流密度,冷却越来越重要了.典型的例子如:三极管、功率器件、真空电子器件、IC、激光器等.图1示意的电子器件A把能量或带有能量的信号X1,Y1,...处理成能量或带有能量的信号X2,Y2,...;Q是散发出的热量;从能量的角度看,应满足以下关系EX1+EY1+…=EX2+EY2+…+Q(1)应该指出,Q永远大于0,即永远有热量需要散发.②降低器件的温度以提高与温度有关的器件性能.电子器件的工作温度往往对它的性能有很大影响,热噪声或暗电流是最明显的一个受温度影响的性能,例如在传感器件、红外探测器及各种光子探测器、放大器件、LNA等,高速数字器件中的情形就是这收稿日期:2004210215图1电子器件中信号与能量的关系© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.256低温物理学报27卷样等.降温对电子器件起了一个热噪声抑制或隔断的作用.③冷却有利于提高器件的工作寿命.④某些电子器件的特性只有工作在一定温度以下才会出现.如超导电子器件是基于超导现象的器件,它必须工作在超导转变温度以下.1.2电子冷却对象根据被冷却对象的层次,可分为以下两种:①对电子整机或系统冷却,使整机或系统工作环境温度处于要求的范围内.这种方式不仅要冷却,有时也可能要加热,对温度的要求既要考虑到机器也要考虑到操作机器的人.所以把它叫作空气调节或者调温或恒温更恰当.它把整个系统当作对象,有时需要针对具体发热点采取调温措施.②对电子器件或模块冷却.这种方式针对性很强,哪里发热就冷却哪里,哪里需要冷却就冷却哪里.本文重点就谈这种情况并简称为电子冷却.1.3电子冷却的方法根据子冷却的温度和方法的不同,可以把它分成下表中几类:冷却方法名称含义散热把被冷却对象内部的发热传递到表面,进而传递到热沉、散发到外界.不需加入能量,冷却的动力来自被冷却对象与热沉的温差.电子整机或系统电子器件、组件或模块.雷达、通讯系统各种电子机箱、各种功率器件或功率模块制冷把被冷却对象的温度降到比热沉或环境温度低的温度.必须要加入能量才能进行电子整机或系统电子器件、组件或模块雷达、通讯系统、各种电子机箱、各种功率器件及模块,微电子器件如IC或DSP、光电子器件、真空电子器件①热电制冷器(半导体制冷器)②蒸汽压缩制冷机③气体制冷机④吸收式和吸附式制冷⑤热电子发射制冷器低温制冷把被冷却对象的温度降到热沉或环境温度低得多的温度.一般指120K以下的温度.必须要加入较大的能量才能进行电子器件红外器件、LNA、超导器件特点冷却对象冷却对象举例①气体低温制冷机如斯特林制冷机、GM制冷机、脉管制冷机、节流制冷器②采用低温液体或固体(如LN2LHe等)蒸发进行制冷③辐射制冷器(如太空用辐射制冷器④蒸汽压缩低温制冷机⑤固体制冷器如(绝热去磁制冷器,光学制冷器)冷却方法①自然对流散热器机箱散热②强制对流风扇;冷却液体循环③传导导热固体,导热液体、热管.④辐射被冷却对象表面采用高发射率材料,向外辐射散热.在实际中往往是以上几种方法组合使用.© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.3期陈登科:电子器件冷却技术2572新概念冷却技术热量传递只有传导、对流和辐射三种手段,在绝大多数散热结构中不是只用一种传热手段,而是三种或两种手段组合使用.现有散热方法已比较成熟,为散热而设计制造的产品非常多,典型的有:各种热沉散热器);各种使传热介质扰动起来以产生对流的扰动源如风扇、泵;各种导热固体或液体等等.对这些产品的合理选用和搭配技术及对被冷却对象的热设计手段已较完善,然而,电子技术发展不断为散热提供新要求,这些要求主要有:①要求冷却产品体积重量更小,以便适应电子整机或器件体积重量越来越小的趋势;②要求冷却产品更高效,传热更快、传递温差更小,小的散热产品能带走更多的热量;③要求冷却产品使用更方便,包括安装方便、使用方便、使用能耗小、对被冷却对象的适应性好(不产生干扰等)等等.为此,产生了一批适应新的冷却要求的冷却技术,现论述如下:图2电子冷却的能量关系.(a)散热方式Ta>TcQc=Ein-Eout;(b)制冷方式Ta<TcQc=Ein-Eout+ErA2被冷对象;Ta2被冷却对象温度;B2散热通道;C2热沉(或环境);Tc2热沉(或环境)的温度;Ein、Eout2进和出被冷却对象的能量;Qc2传给热沉(或环境)的热量;Er2为实现制冷所必须加入的能量2.1微通道冷却技术微通道换热器是指在基体上用光刻或其它刻蚀法制成截面尺寸仅有几十到上百微米的槽道,换热介质在这些小槽道中流过与换热器基体并通过基体与别的换热介质进行换热.换热器的基体材料可以是金属、玻璃、硅或其它任何合适的材料.这种换热器的突出优点是:①换热系数大,换热效果很好.由于几何尺寸极小,流体流过通道时的流动状态与常规换热器有很大区别.雷诺数一般增大一个数量级,因而换热系数明显增大.换热介质与基体之间温差很小.②体积很小,特别适合电子器件的冷却.© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.258低温物理学报27卷③制造工艺采用电子器件制造工艺,有利于降低成本、批量生产.④由于换热介质与基体间温差小,槽道间距离短,所以基体本身的导热系数对总的换热导数影响小,所以,基体导热系数差一些也影响不大,因此可以选用多种材料作换热器.图3是一种微型低温制冷器,它的换热器是在玻璃基体上通过光刻方法制成的,尺寸只有约7×1.5cm.该制冷器可以制冷在77K,用来冷却光电子器件或低温电子器件. 图4是对半导体激光器阵列采用微通道换热器冷却的示意图.微通道使激光器陈列基体的热场发生了很大变化.图3使用微通道换热器的低温制冷器图4微通道换热器用于冷却激光器阵列用于微通道的传热介质一般是经过纯化的空气、氮气、CO2、水等.微通道可使热流密度高达100～150W/cm2,而一般传统换热形式只能达到10～20W/cm2,它们的差距高达50倍,在散掉大热流的同时,表面温度只升高1/50.微通道换热技术用于多芯片组件,激光二极管陈列、雷达固态器件、高速数字器件等冷却.在光电子器件应用已较为成熟.现在的高功率激光器陈列需把0.001升体积内温度保持在100℃以下而散掉几百瓦的热,得用庞大的循环水冷却器.图5所示的微通道换热器散热能力可μm×达100W/cm2,采用微通道尺寸为50μ500m=宽×高有些研究者采用单掩膜方法制作成宽μμ×高=(5～10m)×(8～10m)的微通道.由于尺寸更小,其性能更佳.试验表明,空冷硅微通道热沉的热阻小于1cm2・K/W,水冷硅热沉的热阻小于0.1cm2・K/W,这意味着1cm2芯片上散热150W/cm2时水与芯片温差可维持在15℃以下.而液氮冷却硅微通道热沉的热阻小于0.05cm2・K/W.图5微通道换热器外形在单层微通道换热器趋于成熟的情况下,对双层微通道也进行了研究,后者有利于减少压力降,提高芯片温度均匀性而减少热应力.预计2005～2006年,高速IC的发热可能会达到200W/cm2,开发能适应此功率的微通道散热器已有了进展.2.2喷射换热器散热技术© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.3期陈登科:电子器件冷却技术259微喷射换热是指从许多微孔中喷出换热介质到被冷却表面,介质与表面换热系数因强列扰动而保持在很高的水平上,在一定条件下,这种冷却方式的导热系数比铜高1000倍.图6是一个微喷咀的放大图,可看出扰动的强烈程度.图6微喷咀换热器图7集成热路2.3集成热路图7是一个由微通道冷凝器、微泵驱动、微喷射蒸发器组成的一个闭环冷却系统,这是种模块化微机械硅散热系统,研究者把它称为“集成热路”对应于集成电路.这种叫法反映了现今从系统上考虑解决IC及其它电子器件的散热与热管理问题,同时又从微观上,从热的原头上解决热问题的思路.针对电力电子器件(例如IGBT)研究的大功率集成热路,目标要达到散热流密度600W/cm2.有的研究者理论计算的散热能力可达1kW/cm2.2.4新型热管传热技术热管已广泛用于电子冷却领域.由于它传热温差小,传热量大,不需泵送传热介质,在电力电子器件,航空电子装置上已成熟使用.针对微电子器件和多芯片组件体积小特点,开发了一种埋入式微型陶磁热管.在芯片衬底里埋数个微热管,热管内注水,热管中毛细作用的芯是陶磁材料制成的,轴向开槽.制作工艺与现在的芯片衬底制造工艺完全兼容.这种热管导热系数比导热系数很高的金刚石还要好,更比现有的衬底材料导热系数导热系数好得多.笔记本电脑中的CPU冷却已有相当一部分用微型热管,一般直径3毫米左右,它与现有的风扇加热沉结构相比有明显的优点(见图8),针对电子冷却的特定要求,已开发了重力附助热管柔性回路热管,平板型电子冷却热管,微型空气对空气换热管等多种.直接埋入芯片硅衬底中的微型热管已经出现了,研究者把它称作“热播撒器”用来代替在集成电路中起导热作用的金刚石膜.图8笔记本电脑用热管散热器这种微型热管的体积已小到热管中蒸汽和液体界面尺寸跟热管的水力半径可比的程度.已开发了这种微型热管的稳态计算机模型以计算热管的传热量.© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.260低温物理学报27卷3开发中的制冷技术3.1介观制冷器图9所示的是一个所谓介观制冷器,它厚度不足3mm但却包含了普通制冷装置中的压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀、控制器等所有部件,采用蒸汽压缩制冷循环,这可制成标准制冷模块,用于对任何表面式热源的制冷.图9介观制冷器(蒸汽压缩循环)图10是采用吸收式制冷原理的制冷器,它也具有普通吸收式制冷器的所有元件.图11是采用斯特林循环的介观制冷器,它包含压缩机、膨胀机、冷却器和相应的通道.工质总是以气体方式工作,不发生相变.以上这几种制冷器的压缩机、膨胀机、阀等运动部分都是采用微技术图10介观制冷器(吸收式循环)工艺制造,多数情况下采用硅材料制成.它们在MEMS、光电子器件,微电子器件冷却方面有广泛的用途.3.2热电子发射制冷技术固体受到加热内部电子的动能增大到一定程度时,一部分电子会克服逸出功而逸出,利用热电子发射原理制成的制冷器是全固态制冷器,甚至可以制成薄膜形式的制冷器.对膜薄式热电子发射制冷机已进行了大量的研究,因为它可以直接镀在光电子式微电子器件的表面,制造和使用都极图11介观制冷器(斯特林循环)为方便.热电子发射制冷与热电制冷(帕尔帖制冷)不同,后者是利用在不同材料组成的回路中© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.3期陈登科:电子器件冷却技术261通直流电时会在其中接头处有吸热和放热现象的原理制成的.热电子发射制冷器效率可达长诺效率的60%～70%,而传统制冷方式只有30～50%,热电制冷器只有8%左右.在热电子发射制冷器中“,制冷工质”是质量电子,阴极和阳极被真空分开,当施加电压时,电子从阴极发射,穿过真空进入阳极.在阴极吸热,在阳极放热(见图12).热电子发射制冷管理与阴极射线管理是一样的,只是后者须将阴极加热到很高温度才能使用电子克服束发射出来,用的材料是通常功函数材料.而用作制冷时必须使用低功函数材料,使阴极在温度较低时也能发射电子(见图13).图12图134结论(1)电子冷却技术已得到了很大发展,为电子科技和产业发展奠定了基础;(2)为适应电子技术长足发展,已出现了许多新概念的冷却技术,其中微通道换热,微热管、微喷射、介观制冷器,微电子发射制冷器等已经或正在向成熟,它们对微电子技术的发展起着极为重要的推动作用.我们相信这些技术会更加完善提高,走向实用化和规模使用,同时还会出现更先进的冷却技术,以适应更先进的电子技术.© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.262低温物理学报27卷NEWTECHNOLOGIESOFELECTRONICSCOOLINGCHENDENG2KEVacreeTechnologiesCo.,Ltd.,Hefei230043(Received15October,2004)Thispaperdiscussedtheelectronicsobjectsneedtobecoolingandcoolingmeth2ods.Somenew conceptcoolingmethodsandapparatus,suchasmicro2channel,inte2gratedheatcircuit,heatej ection,havebeenintroduced.Keywords:Electronics,CoolingPACC:7120© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.。
电子冷却调研
与CPL/LHP系统不同的是，基 于EHD微泵的冷却系统利用电 场作用而不是毛细作用为工质 循环提供动力。
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工业应用
自上世纪90年代以来，热管制造技术有了长足的发展，管 径由3mm, 4mm 3/16 inch到1/4 inch等规格的热管均可 由自动机械制造完成而无需人工干预，从而大大降低了热 管造价。
按照1998年的数字，用于移动计算机市场的3mm热管产 品售价为$1.25~$1.75。而应用热管技术的冷却系统造价 约为$0.40~0.50/W。近年来这一数字进一步降低到了 $0.20/W 以下。
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单相冷却技术——液 体冷却
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电力电子设备的冷却技术研究进展
热加工工艺技术与材料研究电力电子设备的冷却技术研究进展张小京1,易志华2(11西南科技大学信息工程学院,四川绵阳621010;21西安电子科技大学电子工程学院,陕西西安710071)摘 要:为了适应电力电子集成技术高热密度散热的需求,在对传统的冷却方式不断改进的同时,一些新型高效的冷却方式不断涌现。
本文对几种常用冷却方式的原理、优缺点及最新的研究动态进行了综述,为电力电子设备热设计人员选择合适的冷却方式,进而设计出高效的散热装置提供方便。
关键词:电力电子设备;冷却技术;散热装置中图分类号:T K 123文献标志码:B 近年来电力电子集成技术的迅速发展,使得电力电子装置设计和维护难度显著降低,极大地推广了电力电子装置的应用范围。
目前,电力电子集成技术面临的问题,概括地讲就是如何使电力电子装置的功能越来越完善,体积越来越小,这对装置的材料、工艺以及电路本身都提出了巨大的挑战;而随之在装置内部产生的高热流密度更是受到了人们的普遍关注,甚至认为传热问题成为了电力电子集成技术继续进步的瓶颈[1]。
由于电力电子设备的小型化和集成化,要求其散热装置具有紧凑性、可靠性、灵活性、高散热效率、不需要维修等特点,从而为现代传热技术在电子冷却领域的应用提出了新的课题。
这就要求广大从事电子设备热设计的科技人员在对传统的冷却方式改进的同时,不断探索、研究、开发新型高效的冷却装置。
以下就对几种常用冷却方式的原理、优缺点及目前的研究进展分别介绍。
1 各种冷却方式的特点及新进展图1 风冷翅片散热器1.1 风冷翅片散热器风冷翅片散热器分2个部分,和热源直接接触的部分为翅片散热器,他负责将热源发出的热量引出;风扇则用来给散热器强制对流冷却降温。
其冷却效果与使用的散热器的结构密切相关。
目前有关研究主要集中在散热器的散热特性及结构、材料的优化上。
影响强制对流冷却效果的另一个参数是风速,风速越大,散热器的热阻越小,但流动阻力越大,适当提高风速有利于热阻的降低,但风速超过一定数值之后再提高已无多大意义[2]。
高功率电子组件冷却技术
高功率电子组件冷却技术基本上电子产品是建构在电气能量转换机制，因此电子组件动作时会有部分电能会变成热能，随着电子产品轻巧、高性能化、高密度封装的市场需求，如何将电子组件产生的热能排出机体外部，成为设计上无法忽视的课题。
温度预测对散热设计具有决定性的影响，虽然设计时间可借助各种散热对策，作实效性评估再决定设计参数，不过根本上温度预测是散热对策的第一步。
热流分析软件的普及，理论上透过复杂的热流模拟分析，已经可以验证大部分设计妥善性，不过充分理解基础的热流计算原理，却是大幅减少反复无谓的模拟分析唯一手段，有鉴于此本文以IGBT的DC/DC converter、DC/AC inverter为例，说明高功率电子组件的冷却技术，同时深入探讨电子产品的筐体散热设计技巧。
IGBT电路与Switching波形DC/DC converter可分为一次、二次、四次push-pull三种，其电路与Switching 波形如图1～3所示，一次push-pull DC/DC converter施加直流电压＋Zener 电压(Vz)于IGBT时，会使电流Ic turn off，换言之必需选用定电压为Edc+Vz 以上，与定电流为Ic 以上的组件，它的损耗可由Ic*Vce(sat)*D+Eoff*fc公式求得，依此获得duty最大值约为50%。
图1 一次push-pull DC/DC converter 图2 二次push-pull DC/DC converter图3 四次push-pull DC/DC converter二次push-pull DC/DC converter施加直流电压(Edc)于IGBT时，会使电流Ic turn off，换言之必需选用定电压为Edc 以上，与定电流为Ic 以上的组件，它的损耗可由Ic*Vce(sat)*D+Eoff*fc公式求得，依此获得duty最大值约为50%。
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电子器件散热及冷却的发展现状研究
电子器件散热及冷却的发展现状研究摘要：现如今，我国社会经济与科技飞速发展和进步，各行业方兴未艾，电子行业也不例外得到了迅猛发展，经济飞速发展，使得社会用电量持续增多，电子器件也逐渐向着高效和微型方向发展，同时也对机组铺设的安全和可靠性有了更高的标准与要求。
在主铺设备运行中，抱会系统因其自身故障而导致停止运行，特别是高温环境会严重的影响到电子器件的性能和使用寿命，此外，也会影响到电路系统运行的安全性。
为此，本文详细论述了电子器件散热和冷却发展现状，旨在可以为相关业界人士发展提供借鉴，助力电子行业实现健康可持续繁荣发展。
关键词：电子器件；散热；冷却；发展现状前言：电力资源在当前现代化社会发展中得到了广泛应用，在工业生产和生活中人们越来越依赖电力资源，这就意味着电力资源成为了人们生产和生活中不可或缺的一部分。
电气器件作为火力发电厂中一个非常关键的构成部分，目前，它产生的热量的疏散和冷却已成为相关学者关注的焦点和热点。
随着热控保护系统的不断发展和进步，热工自动化程度不断提升，工作中，电气器件会产生很多热量，在很大程度上会对电气器件的应用寿命及性能产生影响，为此，文章对其进行研究具有十分深刻的意义。
1电子器件散热及冷却发展现状1.1被动式冷却被动式冷却：冷源温度高出环境温度的电子元件散热方式，主要特点是其芯片温度一直高于环境温度，无制冷机构，根据冷却介质的不同性，可将其分成液体与空气冷却两种。
1.1.1空气冷却空气冷却：通过空气流动，将元件产生的热量进行带走的一类散热方式，为此，通常发热量很小的电子元件冷却中经常使用。
强破对流冷却指介质在外力作用下流动，主要通过风机等强制装置使周围的空气流动，然后带走热量。
此散热方式散热能力比对流强，通过同热沉组合可使其流换热系数达（10—100W/(m 2.K），现阶段此种方式被广泛的进行着应用。
应用最广泛的一类方式就是空气冷却，它的冷却力大概为约10 2 W/m 2.K 的数量级，它适用于散热量低、价格低廉、结构简单，但不能满足高热流密度电子器件和芯片的要求。
机械设备中电子冷却技术的研究与应用
机械设备中电子冷却技术的研究与应用随着科技的不断进步和应用领域的扩大，电子设备已经成为现代社会中不可或缺的一部分。
然而，电子设备的长时间运行往往会导致过热问题，这不仅给设备的性能和寿命造成威胁，还可能引发安全隐患。
因此，研究和应用机械设备中的电子冷却技术变得迫在眉睫。
1. 电子设备的热量排散问题电子设备在正常运行过程中会产生大量的热量，这主要是由于电子元器件内部电流通过时产生的焦耳热。
如果这些热量无法有效排散，设备的工作温度会不断上升，导致设备性能下降，甚至无法正常工作。
因此，解决电子设备的热量排散问题至关重要。
2. 传统的电子冷却技术传统的电子冷却技术主要依赖于散热风扇和散热片，通过强制风流来提高散热效果。
然而，这种方式的散热效果有限，尤其在高功率、高集成度电子设备中几乎不适用。
此外，风扇产生的噪音和电磁干扰也给用户带来了不便。
3. 电子冷却技术的研究和创新针对传统电子冷却技术的局限性，学术界和工业界都在积极研究和推广新的电子冷却技术。
其中，被广泛研究和应用的主要包括热管冷却技术、热沉冷却技术和液冷技术。
3.1 热管冷却技术热管是一种使用液体的迁移热传导现象来传递热量的热量传递装置。
它由内壁涂有薄膜的毛细管和内部填充工质组成。
通过毛细管的薄膜形成的高温高压区域和低温低压区域之间的热量传递，实现了高效的热量排散。
热管冷却技术具有散热效率高、体积小、可靠性高的特点，被广泛应用于电子设备中。
3.2 热沉冷却技术热沉冷却技术是将热量集中到一个散热性能较好的部件上，通过增加散热面积和辐射表面积来提高散热效果。
热沉通常采用高热导率的材料制成，如铜、铝等，能够快速将热量传导到散热器或散热风扇上。
与热管冷却技术相比，热沉冷却技术适用于设备容量较大的场合，可以大大提高散热效果。
3.3 液冷技术液冷技术是通过将冷却剂直接流经电子设备内部，带走产生的热量。
它可以分为直接液冷和间接液冷两种方式。
直接液冷是将冷却剂直接流经电子设备内部，与热源进行直接热交换；间接液冷是将冷却剂流经散热器，与散热器进行热交换，然后再将热量带走。
现代电子器件的冷却知识讲解
大幅减少，且从原极到漏极的电流泄漏也很低。 由于这种晶体管泄漏电流的减少，CPU能耗就可 以大幅度降低，相应的CPU发热量也就大大减少， CPU芯片中晶体管的运行速度也将大幅度提高。
二、电力电子器件的冷却
电力电子器件（Power Electronic Device）又称为功率半 导体器件，用于电能变换和电能控制电路中的大功率(通常指 电流为数十至数千安，电压为数百伏以上)电子器件。又称功 率电子器件。20世纪50年代，电力电子器件主要是汞弧闸流 管和大功率电子管。60年代发展起来的晶闸管，因其工作可 靠、寿命长、体积小、开关速度快，而在电力电子电路中得 到广泛应用。70年代初期，已逐步取代了汞弧闸流管。80年 代，普通晶闸管的开关电流已达数千安，能承受的正、反向 工作电压达数千伏。在此基础上，为适应电力电子技术发展 的需要，又开发出双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管等 一系列派生器件，以及双极型功率晶体管、静电感应晶闸管、 功能组合模块和功率集成电路等新型电力电子器件。
CPU散热帮手—散热板
• 这是一种基本的散热方法。一般 来说，散热板面积越大，传导效 率越高，就越能有效散发热量。 比较常见的情况是在主机板的底 部和上部各配一块金属散热板； 在CPU的位置，有协助散热的 系统，以释放CPU产生的热量。 另外，和散热板结合使用的一种 十分普遍的技术，是在键盘的下 方放一块尺寸与和键盘基本相同 的薄散热铝板，在铝板上附有一 根高导热率的铜导管，它可以将 笔记本电脑内部主要发热区域的 热量均匀散布到整个铝板上，并 通过散热孔将热量散布到电脑外。
电子产品的热设计包括：线路设计、元件散热、电路 板散热设计、整机通风与散热设计。
电子产品中使用的电子元件的工作寿命与工作温度有
最直接的关系，从一般意义上来说，功率元件选择不当或 电子元器件的散热设计不良，是导致电子设备发生故障， 乃至永久失效的重要原因之一。
基于冲击射流的电子器件冷却方法研究
参考内容二
标题：血小板分布宽度及脂蛋白a在心房颤动患者使用华法林抗凝治疗临床 管理中的应用
一、引言
心房颤动（AF）是一种常见的心律失常，其严重性在于可能导致血栓形成， 进而引发中风或心脏病发作。华法林是一种常用的抗凝药物，可以有效降低AF患 者的血栓风险。然而，由于个体差异的存在，使得对华法林剂量的需求有所不同。
2、监测抗凝效果：在华法林治疗过程中，定期监测PDW和Lp-a水平可以评估 抗凝效果，指导华法林剂量的调整。
3、预测血栓风险：PDW和Lp-a水平的升高可能预示着更高的血栓风险，需要 加强抗凝药物的监测和管理。
四、结论
血小板分布宽度（PDW）和脂蛋白a（Lp-a）是两个有潜力的生物标志物，它 们可以提供关于AF患者血栓风险的重要信息，有助于指导华法林抗凝治疗的临床 管理。然而，目前关于这两者在AF患者华法林治疗中的具体应用还需进一步的大 规模研究证实。
形成旋转的涡流。这个涡流与射流主体产生强烈的相互作用，使得射流的温 度迅速降低。
三、基于冲击射流的电子器件冷 却方法
在电子器件冷却中，冲击射流可以有效地将热量从器件表面带走。具体方法 如下：
1、设计并制造适合电子器件的冲击射流冷却装置。这个装置应包括一个能 够将冷却气体或液体高速喷出的喷嘴，以及一个能够将射流导向电子器件表面的 导流装置。
2、将电子器件放置在冷却装置的下方或附近，确保射流能够直接喷洒在器 件表面。
3、启动冷却装置，使气体或液体从喷嘴喷出，形成冲击射流。
4、调整冷却装置的参数，如射流的速度、流量、方向等，以优化冷却效果。 5、监控电子器件的温度变化，以确保其工作在安全和高效的范围内。
四、优势与挑战
基于冲击射流的电子器件冷却方法具有以下优势： 1、高效性：冲击射流能够快速地将热量从器件表面带走，提高了冷却效率。
浅谈电子芯片冷却技术及其应用
就开始有相关 的报道 ，该结构 的冷却 能力 大大 超过常规冷却手段所能达 到的水平 。微槽道 的 尺寸可 以从数微米 到数毫米 ， 制作 的材料有 硅 、 铜 、 及其合 金等 ， 铝 冷却介 质除水外 还有液氮 、 图 １ 乙醇 、 硅油 、 氟利 昂等液体 。 在 电 子芯片 微型 化和 集成 化 的发展 趋 势 下 。 观 尺 度 上 的槽 道 冷却 已 无法 满 足要 求 。 宏 液 冷研究 的第二 阶段 为芯 片上通道微 型化 。在 相 同面 积 的芯 片 ， 道 尺寸 越 小 ， 道 的数 量 越 通 通 多 ， 有 通 道 的总 面 积 越 大 ， 液 体 单 位 时 间 内 所 与 热 量 交 换 越 多 。利 用 纵 横 垂 直 两 个 方 向硅 芯 片 作 异 向性 蚀 刻 加 丁 ， 工 出微 米 级 尺 度 的通 道 。 加 产生 出高深宽 比的微小通道 ，以及极为 紧密的 通道排列 ， 来达到提高传热 面积密度 的要求 。 由 于硅具有极佳 的热传导 系数 ，再加上单 晶硅 对 般流体 ， 甚至是具有腐蚀性 的流体 ， 都有 良好 的抗腐蚀特性 ， 非常适合作为热 交换器 的材 料 ， 当微 小 流 道 蚀 刻 完 成 后 ，再 利 用 扩 散 接 合技 术 图 ２ 将多片硅质流道成交互式堆栈接合 。泵 驱动冷 却 液 流 过 芯 片 背 部 的微 通 道 ，水 在 微 通 道 内 与 子元器件 ，在元器件表面形成一层很薄的速度 芯 片 进 行 热 交 换 ， 走 芯 片上 的热 量 ， 有 热 量 和温度边界层 ， 带 含 随着液膜的流动将热量带走 ， 或 的水通过冷却器把热量散失到外界环境 中。 制冷液体遇热蒸发从而带走热量 ，对电子元器 ２３液 体 喷 射 冷 却 ． 件 的冷却效果非常 的理想 ，一般情况下可 以把 近年来 ，液体喷射冷却技术得到 了广泛的 其表面 的温度冷却到所要求 的温度 ，而且冷却 关注 ， 而且逐渐用到 电子元器件 的散 热方 面。 喷 的速度非常快 ，可 以满足电子元器件持续增加 射 冲击冷却 的特 点是流体法 向冲击 传热表 面 ， 的发 热 功 率 对 散 热 的要 求 。 形 成 很 薄 的速 度 和 温度 边 界层 ，因而 是 一 种 可 结束语 提供很高传热率 的有效手段 ，已被广 泛应用于 总而言之 ， 随着芯片发热量 的不断增加 ， 传 各种工业过程 中。喷射散 热通 常使用 的是沸点 统 的 风 扇 冷 却 方 案 已 不 能 满 足 芯 片 散 热 的 要 较低 的液体 ， ： 如 液氮 、 无腐蚀性 的氟利 昂制 冷 求 ， 取而代之 的将是换热效率更高的液冷方案 。 剂等 ， 利用喷射器将液 体喷到元 器件 的表面。 现 阶段液冷方案没有得到广泛应用 的原 因主要 典 型 的射 流 冲击 流 场分 布 如 图 ２所 示 ， 是 冷 却 液 密 封 的 问题 ，还 有 其 设 计 通 常 更 为复 Ｍａｔ ｒｎ综 合 了 Ｓｈａｅ 、 ａｅ 等 人 的 研 究 成 杂 ， ｉ ｃｒｄ ｒＧｌ ｒ ｓ 需要采用泵 、 阀等流控元件 的寿命不长可靠 果 ，把射流法 向冲击平板 的流场 划分 为三个特 性 受 到 一 定 限制 ，这 也 是 芯 片 液 冷 今 后 需 要 研 性 区域 ：自由射 流区 、驻点 区和壁 面射流 区 。 究解决 的问题 ，同时要实现芯片冷却技术 的协 Ｈｒｃｋ又 把 自 由射 流 区 分 为 两 部 分 ： 段 区 （ ｙａ 始 势 调 发 展 ，必 须 把 冷 却 技 术 和 芯 片 本 身 的发 展 综 流 核 心 区） 和基 流 段 Ｅ （ 流 核 心 区 外 ）。 据 边 合考虑 ， ｘ势 根 才能有助 于两者 的协调发展 。 界层理论 可知 ，圆形射 流冲击在 驻点 区的径 向 流 动 为加 速 流动 ， 向 压 力梯 度很 小 ， 可 以 忽 法 故 略 。边 界 层 流动 的稳 定 性 受 到 径 向压 力 梯 度 的 影 响，平行 于壁 面方 向的顺压梯度使 边界层保 持层 流状态 ， 易过 渡到湍 流流动。 不 由于喷射的 速度很快 ， 当液体 直接 喷射散 热时 ， 液体接触 电
电子制冷技术
1.1简述温差电技术的历史及现状热电制冷器的物理理论可以追溯到19世纪早期。
1821年由德国科学家托马斯·塞贝克发现在一个由两种不同金属导体构成的闭合回路中，当两个接头的温度不同时，回路中会有持续的电流流动。
1834年，一个法国制表师兼物理学家简·珀尔帖在研究塞贝克效应的过程中发现，这一现象具有一个相反的现象，也就是当闭合回路中有电流流动的时候，两个接头之一会吸热，而另一个会放热。
20年后，威廉姆·汤姆逊（即开尔文勋爵）为塞贝克效应和珀尔帖效应提出了一个系统的解释，并建立了两者的关系。
在很长时间里，温差电领域中只有用热电偶测量温度得到了广泛应用。
直到1960年前后前苏联科学家完善了以Bi 2Te3为代表的化合物半导体材料的制备技术，才使得商业化的热电制冷器才有所发展。
半导体致冷器，是基于帕尔贴效应开发的固态加热、制冷器件。
目前应用于关键电子部件、光学系统、医疗仪器及其他装置中的精密温度控制。
1.2半导体致冷器结构及工作原理简介在目前的热电制冷器件中最常用到的半导体热电材料是碲化铋。
碲化铋的最大热电优值系数所出现的温度在室温，适合于大多数热电制冷的应用条件。
工业上已经可以通过掺杂得到p型和n型碲化铋料锭。
热电材料的制备方法通常是区域熔化法或者粉末压制成型法。
由帕尔贴效应可知，通过在半导体致冷器的两端加载一个适当的直流电压，热量就会从元件的一端流到另一端。
此时，制冷器的一端温度就会降低，而另一端的温度就会同时上升。
值得注意的是，只要改变电流方向，就可以改变热流的方向，将热量输送到另一端。
所以，在一个热电制冷器上就可以同时实现制冷和加热两种功能。
因此，热电制冷器还可以用于精确的温度控制。
另外，热电制冷器还具有发电的功能。
在这个模式下，只要在制冷器上加载一个温差后，回路中便会产生电流。
从上面的半导体结果示意图中可以知道，电偶臂材料分别采用了p型和n型碲化铋。
这种布局方式下，电流在p型和n型电偶臂里上下流动的过程中，热流方向能始终保持不变，在n型材料中，热流方向与电流方向相反；在P型材料中，热流方向与电流方向相同。
现代电子器件的冷却知识讲解
一、笔记本电脑CPU的冷却
• 随着笔记本电脑性能的提高，其所采 用的部件运行频率越来越高，相应所产生 的热量也越来越大，使得系统稳定性大受 影响。现在竞争的战火已经燃烧到了笔记 本电脑相关的各个领域，厂商们为了在竞 争中胜出，都提高了笔记本电脑的技术含 量，尤其是在散热方面的技术，真所谓 “八仙过海，各显神通”。下面，我们就 来看看笔记本电脑CPU的散热技术。
这些损耗使芯片产生内部功率损耗即内损耗。内 损耗引起芯片温度升高，而芯片温度高低除与器件内 损耗大小有关外还与芯片到外界环境的传热结构、材 料和器件冷却方式以及环境温度等有关。器件的芯片 温度无论在稳态还是在瞬态都不允许超过器件的最高 允许结温，否则，将会引起器件电的或热的不稳定而 导致器件失效。因此设法减小器件的内部损耗、改善 传热条件，对保证器件长期可靠运行有极其重要的作 用。
•
晶体管的制工艺也是造成CPU发热的原因。
CPU内部核心由硅晶体管组成，硅晶体管的栅极
氧化物绝缘层制作得越薄，晶体管开关状态转换
速度越快的能耗，已经成为目前CPU 能耗的最大来源之一。
• 英特尔公司公司研制一种称为“高K栅极绝缘 体”的材料，这种新型晶体管的栅极电流泄漏会
• 笔记本电脑CPU的冷却已有相当一部分采 用微型热管解决，一般微型热管的直径为3 mm 左右，它与现有的风扇加热沉结构相比有明显 的优点。针对电子冷却的特定要求，现已开发 了重力辅助热管、柔性回路热管、平板型电子 冷却热管和微型空气对空气换热管等多种微型 管。直接埋入芯片硅衬底中的微型热管已经开 发，可代替在集成电路中起导热作用的金刚石 膜。
• 微热管是随着微电子技术的发展而发展起 来的一门新兴技术。随着电子元件集成密度的 增加，其产生热量的散逸变得困难。电子元件 除了对最高温度有要求外，对温度的均匀性也 提出了要求。作为一项很有发展前景的技术， 微型热管正是应用于电子元件中，以提高热量 的导出率和温度的均匀化。由于其尺寸小，可 减小流动系统中的无效体积，降低能耗和试剂 用量，而且响应快，因此有着广阔的应用前景。 例如，流体的微量配给、药物的微量注射、微 集成电路的冷却及微小卫星的推进等。
电子芯片散热技术的研究现状及发展前景
电子芯片散热技术的研究现状及发展前景一、本文概述随着电子科技的飞速发展，电子芯片作为现代电子设备的核心部件，其性能不断提升，集成度日益增高，导致芯片在工作过程中产生的热量也大幅增加。
因此，电子芯片散热技术的研究与应用显得尤为重要。
本文旨在全面综述电子芯片散热技术的当前研究现状，并探讨其未来的发展前景。
文章首先回顾了电子芯片散热技术的发展历程，介绍了传统的散热技术以及近年来新兴的散热技术，如液冷散热、热管散热、散热片等。
随后，文章重点分析了当前散热技术在应用中存在的挑战和问题，如散热效率、成本、可靠性等方面的不足。
在此基础上，文章探讨了散热技术的创新方向，包括新材料、新工艺、新结构等方面的研究与应用。
文章展望了电子芯片散热技术的发展前景，认为随着科技的不断进步，未来的散热技术将更加高效、环保、智能。
随着5G、物联网等新技术的不断涌现，电子芯片散热技术将面临更多的挑战和机遇。
因此，深入研究和发展电子芯片散热技术，对于推动电子科技的持续进步具有重要意义。
二、电子芯片散热技术现状分析随着电子科技的飞速发展，电子芯片的性能不断提升，其集成度越来越高，工作频率越来越快，这直接导致了芯片内部产生的热量日益增加。
因此，电子芯片散热技术的研究与应用变得尤为重要。
当前，电子芯片散热技术主要面临两大挑战：一是如何在有限的空间内实现高效散热，二是如何降低散热系统自身的能耗。
目前，常见的电子芯片散热技术主要包括自然散热、风冷散热、液冷散热以及相变散热等。
自然散热主要依赖芯片自身材料的热传导性能，适用于低功耗、低发热量的芯片。
然而，对于高性能芯片来说，自然散热往往难以满足散热需求。
风冷散热是通过风扇强制对流来降低芯片温度，其结构简单、成本较低，但散热效率有限，且在高负荷运行时噪音较大。
液冷散热则利用液体的高导热性能，通过循环流动将热量带走，散热效率较高，但系统复杂度较高，成本也相对较高。
相变散热则利用物质在相变过程中吸收或释放大量热量的特性，实现高效散热，但其技术难度较大，成本也较高。
电子芯片冷却发展演变
电子芯片冷却发展演变随着电子科技的不断进步，电子芯片的发展变得尤为重要，电子芯片技术的发展与人们的生活息息相关，其冷却技术是制约芯片发展的一个重要因素。
电子芯片从传统风扇散热到液体冷却技术是一个跨越式发展，在以后芯片研究发展之中，实现芯片整体制造技术的发展进步，必须综合考虑每一个因素，努力做到协调发展。
标签：电子芯片；冷却技术；液体冷却电子芯片在我们的日常生活中应用非常普遍，很多科技产品都会用到这项科技，电子芯片犹如我们使用的智能产品的大脑，有了它我们的产品才能达到使用目的，才能有更高的运算率，例如我们使用的智能手机、电脑、人工智能机器人等。
电子芯片已经应用到了我们生活的方方面面，我们未来的生活离不开人工智能，人工智能的核心就是电子芯片，掌握核心技术，拥有能够制造先进电子芯片的科技技术，才是掌握着人工智能的未来，掌握着核心科技。
随着人类社会的不断发展，对电子芯片的要求也越来越高，电子芯片是产品的核心，任何一个指令的发出，都需要这个“大脑”来运行，所以它的工作量也是最大的。
工作面越大，它的产热量也越大，所以电子芯片的产热量与他的工作强度之间呈正相关。
电子智能产品的工作对操作环境有一定的要求，其中温度是最重要的一个方面，稳定的环境是产品发挥稳定性能的根本保证。
因此，电子芯片冷却技术的发展是电子技术发展的重中之重。
1传统冷却技术风扇散热是应用最为广泛的降温方式，风扇散热器的结构简单，制造方便，成本很低，因此受到广大用户的青睐。
随着电子产品运算速率的不断提高，需要的散热量也不断增大，所以风扇散热器也在不断改进之中，对散热器的改进，通常的方法是提高风扇的转速和增加叶片的尺寸，从而增大散热量。
但是对于电子产品规格的要求，风扇散热器的尺寸不可能无限增大，它在一定程度上限制了人工智能产品的性能，这就需要我们寻找新的方法来满足我们的需要。
例如我们现在使用的电脑设备，人们更倾向于产品体积的小巧以及功能的强大，但是目前来说，我们只能选择其一，为了便捷的携带，只能牺牲它的功能。
半导体制冷技术研究现状与发展趋势
半导体制冷技术是一种利用半导体材料实现制冷的技术，具有环保、高效、节能等优点，被广泛应用于温度控制、热电制冷、电子器件冷却等领域。
本文将介绍半导体制冷技术的现状以及发展趋势。
一、半导体制冷技术的现状目前，半导体制冷技术已经取得了长足的进展，广泛应用于各个领域。
具体来说，半导体制冷技术主要应用于以下方面：1. 温度控制半导体制冷技术可以通过调节半导体的电流来控制其热容量，从而实现温度控制。
半导体制冷技术可以应用于温度精度要求较高的领域，如医疗、生物、化学等领域。
2. 热电制冷热电制冷是半导体制冷技术的一种重要应用领域，其原理是利用半导体材料的珀尔帖效应，通过电流的流动产生热量，从而实现制冷效果。
热电制冷技术具有环保、高效、无噪音等优点，被广泛应用于电子器件的冷却等领域。
3. 电子器件冷却随着电子设备的普及，电子器件的散热问题越来越受到关注。
半导体制冷技术可以提供一种高效、环保的冷却方式，降低电子器件的温度，从而提高其工作性能和稳定性。
然而，目前半导体制冷技术还存在一些问题和挑战。
首先，半导体制冷器的效率仍然较低，限制了其在某些领域的广泛应用。
其次，半导体制冷器的体积较大，难以适应一些特殊的应用场景。
此外，半导体制冷器的成本较高，限制了其市场推广。
二、半导体制冷技术的发展趋势针对目前半导体制冷技术存在的问题和挑战，未来的研究方向主要包括以下几个方面：1. 提高制冷效率提高半导体制冷器的效率是当前研究的重点之一。
可以通过优化半导体材料的选择、提高电流控制精度等方法来实现。
2. 微型化与集成化微型化和集成化是半导体制冷技术未来的发展趋势之一。
通过将多个半导体元件集成在一起，可以减小制冷器的体积，提高其可靠性。
3. 降低成本降低成本是半导体制冷技术推广应用的关键之一。
可以通过采用新型半导体材料、优化生产工艺等方法来实现。
总之，半导体制冷技术作为一种环保、高效、节能的技术，具有广阔的应用前景和潜力。
未来，随着技术的不断进步和市场的不断拓展，半导体制冷技术将会在更多领域得到应用和发展。
水浴冷却在半导体制造中的应用
水浴冷却在半导体制造中的应用一、水浴冷却技术概述水浴冷却是一种在工业生产中广泛应用的冷却技术，特别是在半导体制造领域，它对于确保产品质量和生产效率具有至关重要的作用。
水浴冷却技术利用水作为冷却介质，通过与半导体器件的热交换来实现温度控制，从而保证半导体器件在生产过程中的温度稳定性。
1.1 水浴冷却技术的原理水浴冷却技术基于热力学原理，主要通过水的高比热容和良好的热传导性能来吸收和传递热量。
在半导体制造过程中，水浴冷却系统通过循环水与半导体器件接触，将器件产生的热量迅速带走，维持器件在一个适宜的工作温度范围内。
1.2 水浴冷却技术的应用优势水浴冷却技术在半导体制造中的应用具有多方面的优势。
首先，水的比热容较大，能够吸收大量的热量而温度变化较小，这使得水浴冷却系统在处理大功率半导体器件时更为有效。
其次，水浴冷却系统可以设计成闭环系统，循环使用冷却水，这不仅节约了水资源，还减少了对环境的影响。
此外，水浴冷却技术还可以通过精确控制水温来实现对半导体器件温度的精确控制，这对于提高半导体器件的性能和可靠性至关重要。
二、水浴冷却在半导体制造中的应用场景水浴冷却技术在半导体制造中的应用场景十分广泛，涵盖了从晶圆制造到封装测试的各个环节。
2.1 晶圆制造过程中的水浴冷却在晶圆制造过程中，水浴冷却技术主要用于控制晶圆在各种化学处理过程中的温度。
例如，在氧化、扩散、蚀刻等工艺步骤中，水浴冷却可以确保晶圆表面温度的均匀性，避免由于温度不均导致的晶圆质量缺陷。
2.2 光刻过程中的水浴冷却光刻是半导体制造中的关键步骤，它涉及到对晶圆表面进行精确的图形转移。
在光刻过程中，水浴冷却用于维持光刻机的稳定性和晶圆的温度控制，以确保光刻图案的精确对准和分辨率。
2.3 封装测试过程中的水浴冷却在半导体器件的封装和测试阶段，水浴冷却同样发挥着重要作用。
封装过程中，水浴冷却有助于控制封装材料的固化温度，保证封装质量。
在测试阶段，水浴冷却可以为高温测试提供稳定的环境，确保测试结果的准确性。
电子器件散热技术现状及进展
电子器件散热技术现状及进展随着电子及通讯技术的迅速发展，高性能芯片和集成电路的使用越来越广泛。
电子器件芯片的功率不断增大，而体积却逐渐缩小，并且大多数电子芯片的待机发热量低而运行时发热量大，瞬间温升快。
高温会对电子器件的性能产生有害的影响，据统计电子设备的失效有55 %是温度超过规定值引起的，电子器件散热技术越来越成为电子设备开发、研制中非常关键的技术。
电子器件散热的目的是对电子设备的运行温度进行控制(或称热控制)，以保证其工作的稳定性和可靠性，这其中涉及了与传热有关的散热或冷却方式、材料等多方面内容，目前主要有空气冷却技术和液体冷却技术两大类。
1 空气冷却技术空气冷却技术是目前应用最广泛的电子冷却技术，包括自然对流空气冷却技术和强制对流空气冷却技术。
自然对流空气冷却技术主要应用于体积发热功率较小的电子器件，利用设备中各个元器件的空隙以及机壳的热传导、对流和辐射来达到冷却目的。
自然对流依赖于流体的密度变化，所要求的驱动力不大，因此在流动路径中容易受到障碍和阻力的影响而降低流体的流量和冷却速率。
对于体积发热功率较大的电子器件，如单一器件功耗达到7 W(15~25 W-cm-2)，板级(印制电路板)功耗超过300 W(2~3W-cm-2)时，一般则采用强制对流空气冷却技术。
强制散热或冷却方法主要是借助于风扇等设备强迫电子器件周边的空气流动，从而将器件散发出的热量带走，这是一种操作简便、收效明显的散热方法。
提高这种强迫对流传热能力的方法主要有增大散热面积(散热片)以及提高散热表面的强迫对流传热系数(紊流器、喷射冲击、静电作用)。
对一些较大功率的电子器件，可以根据航空技术中的扰流方法，通过在现有型材散热器中增加小片扰流片，在散热器表面的流场中引入紊流，可以显着提高换热效果。
传热技术发展到今天，强制空冷散热器的设计优化已十分成熟，结合热管技术、热电制冷技术、空气射流技术等，极大地强化了空冷技术的冷却能力。
计算机芯片冷却技术的现状与发展
Ｎｏ． ３ Ｍａｒ． ２００８
机械设计与制造
－ ２１５ －
体中去；微型液压泵使液体产生流动，循环冷却介质；散热器将 的传统硅片生产工艺来制造。研究人员相信该技术能够提供与
介质的热量通过辐射、对流等方式散发出去。静音与效率是水冷 液体循环冷却器件相同的冷却速率。基于这一设计的未来冷却
系统的两大优势。根据日立公司内部数据显示，水冷系统已经可 装置将有一个“离子产生区”，在这个区域电子被释放，以及一个
寿命长；工作的时候不产生噪音。
现在普遍应用的半导体冷却材料是基于整体工艺制作的，
难于集成应用，在芯片冷却技术中的应用还限制在外置式冷却
的方式上。由于低维材料存在热导ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ较难测定等难题，目前在研
究与应用上还存在较大差距，所以寻求好的热电材料一直是半
导体冷却应用研究上的一个热点。
２．２．４ 水循环冷却
如图 ５ 所示，是水循环冷却系统的原理图。水冷散热的热量
图 ４ 半导体冷却原理示意图
Ｆｉｇ．４ Ｔｈｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｃｏｏｌｓ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｒａｗｉｎｇ
这种冷却方式能使温度降到非常理想的室温以下；并且可
以通过使用闭环温控电路精确调整温度，温度最高可以精确到
０．１ 度；可靠性高，使用固体器件致冷，不会对 ＣＰＵ 有磨损；使用
ＺＨＡＮＧ Ｄｅ－ ｊｕｎ１，２，ＹＡＮＧ Ｚｈｉ－ ｇａｎｇ１，ＳＵＮ Ｘｉａｏ－ ｆｅｎｇ１，３ （１Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００２５，Ｃｈｉｎａ）
（２Ｗｅｉｃｈａｉ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｗｅｉｆａｎｇ ２６１００１，Ｃｈｉｎａ） （３Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉｌｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉｌｉｎ １３２０２２，Ｃｈｉｎａ）
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电子器件冷却技术概况与进展 1．引言随着科技的发展，人们平时生活普遍用电子产品。
这些给人们带来了很大的方便。
所以人们现在最热门研究科目之一就是电子产品的性能提高。
电子器件的冷却是非常重要的。
由于高温导致的实效在所有电子设备是小中所占的比例大于50%，传热问题甚至成为电力电子装置向小型化发展的瓶颈。
电子器件用于电子计算机容量和速度的快速发展以及导弹，卫星，宇宙探索和军用雷达等等。
这些对高性能模块和高可靠大功率器的要求，一方面器件的特征尺寸愈小愈好，已从微米量级向亚微米发展；另一方面器件的集成度持续快速增加。
空间微尺度和时间微尺度条件下的流动和传热问题的研究显得十分重要。
传热是最普遍的一种自然现象。
几乎所有的工程领域都会遇到一些在特定条件下的传热问题，包括有传质同时发生的复杂传热问题。
现代科学技术突飞猛进，传热学的工程应用研究也已跨越传统的能源动力，工艺过程节能的范畴，在材料
的制备和加工、航天技术的发展、信息器件的温控、生物技术、医学、环境净化与生态维护、以及农业工程化、军备现代化等不同领域都有所牵涉。
特别是高技术的迅猛发展，正面临着温度场、速度场、浓度场、电磁场、光场、声场、化学势场等各种场相互耦合下的热量传递过程和温度控制，从而使传热学迅速发展为当今技术科学中了解各种热物理现象和创新相应技术的重要基础学科。
现就电子器件冷却方面的传热学最新研究动态作简要的介绍。
2．冷却技术（1）微通道冷却技术微通道换热器是指在基体上用光刻或其它刻蚀法制成截面尺寸仅有几十到上百微米的槽道,换热介质在这些小槽道中流过与换热器基体并通过基体与别的换热介质进行换热. 换热器的基体材料可以是金属、玻璃、硅或其它任何合适的材料. 这种换热器的突出优点是: ①?? 热系数大,换热效果很好。
由于几何尺寸极小,流体流过通道时的流动状态与常规换热器有很大区别。
雷诺数一般增大一个数量级,因而换热系数明显增大. 换热介质与基体之间温差很小。
②?? 体积很小,特别
适合电子器件的冷却。
③?? 制造工艺采用电子器件制造工艺,有利于降低成本、批量生产。
④?? 由于换热介质与基体间温差小,槽道间距离短,所以基体本身的导热系数对总的换热导数影响小,所以,基体导热系数差一些也影响不大,因此可以选用多种材料作换热器。
（2）喷水冷却喷水冷却芯片技术是由美国惠普公司科学家提出的给芯片喷水降温的新技术给芯片加上防水的保护膜，利用芯片内置的热传感器，与喷头配合，就能恰如其分地给不同的芯片喷洒适量的微小水滴，水遇热蒸发，使芯片降温，水蒸气则被回收到喷头内部，进行循环在利用。
初步研究发现，这种方法不仅能有效地疏散热量，还可以通过控制那些喷嘴工作的方法，对芯片不同的部分进行不同程度的冷却，目前研究者正在对这种方法进行更严格的试验（3）集成热路由微通道冷凝器、微泵驱动、微喷射蒸发器组成的一个闭环冷却系统,这是种模块化微机械硅散热系统,研究者把它称为“集成热路”对应于集成电路. 这种叫法反映了现今从系统上考虑解决IC 及其它电子器件的散热与热管
理问题,同时又从微观上,从热的原头上解决热问题的思路. 针对电力电子器件(例如IGBT) 研究的大功率集成热路,目标要达到散热流密度600W/cm2 . 有的研究者理论计算的散热能力可达1kW/ cm2 . （4）新型热管传热技术热管已广泛用于电子冷却领域. 由于它传热温差小,传热量大,不需泵送传热介质,在电力电子器件,航空电子装置上已成熟使用.针对微电子器件和多芯片组件体积小特点,开发了一种埋入式微型陶磁热管. 在芯片衬底里埋数个微热管,热管内注水,热管中毛细作用的芯是陶磁材料制成的,轴向开槽. 制作工艺与现在的芯片衬底制造工艺完全兼容. 这种热管导热系数比导热系数很高的金刚石还要好,更比现有的衬底材料导热系数导热系数好得多. 笔记本电脑中的CPU 冷却已有相当一部分用微型热管,一般直径 3 毫米左右,它与现有的风扇加热沉结构相比有明显的优点 ,针对电子冷却的特定要求,已开发了重力附助热管柔性回路热管,平板型电子冷却热管,微型空气对空气换热管等多种. （5）平板热管散热器散热板是一种具有高导热率的平板，它将芯片上形成的高密集度
热量扩散到整个散热器底板上。
因为不均匀的能量分布不仅会导致芯片表面上形成无规则的高分布点，同时也限制了热源的尺寸，作为一种有效的导热方式的导热板对设计改善具有不均匀能量分布的芯片有很重要的意义。
本实验研究采用的是将与散热器底面积尺寸相同的平板热管嵌入到铜质散热器底面。
（6）热电冷却热电制冷技术是基于Pehier效应实现的。
在两种不同金属组成的闭合线路中，若通以
直流电，就会使一个节点变冷而另一节点变热，这种
现象称为P ehi er效应，亦称温差电效应。
由于半导
体材料内部结构的特点，其温差电效应较之其它金属
显著得多。
现在广泛应用的热电材料多以掺杂Bi、T
e半导体合金材料为主。
(7) 热电离子冷却与热电方法相比，基于热离子换能效应的冷却办法是
将异质结构集成热离子(HIT)制冷器与光电子器件合为
一体。
这些薄膜制冷器利用热电子在一层异质结构势
垒层上有选择地发射来进行制冷。
这种冷却器件的优
点在于热质量较小，冷却响应非常快。
可以采用标准
的集成电路批量制备技术加工，而制冷功率密度可发生显著增加（8) 纳米级气流冷却它利用空气分子电离来产生纳米级气流的新颖冷却技术，该技术
利用安装在计算机芯片上，且彼此靠近的电极来生成离子，使1OOv(或更低)的电压通过电极，从而导致带负电荷的纳米管向带正电的电极释放电子。
空气分子的电离造成了电荷的不平衡，因而形成了会产生微弱气流的纳米级脉冲。
之所以能够用如此低的电压制造出离子效应，是因为纳米管非常细小，而且带相反电荷的电极彼此相距只有约10 u m。
这项技术无须活动部件，器件的大部分功能可以借助制作纤巧芯片所使用的传统硅片生产工艺来制造。
(9) 风冷翅片散热器风冷翅片散热器分两个部分，和热源直接接触的部分为翅片散热器，它负责将热源发出的热量引出；风扇则用来给散热器强制对流冷却降温。
其冷却效果与使用的散热器的结构密切相关，目前有关研究主要集中在散热器的散热特性及结构、材料的优化上。
影响强制对流冷却效果的另一个参数是风速，风速越大，散热器的热阻越小，但流动阻力越大，适当提高风速有利于阻的降低，但风速超过一定数值之后再提高已无多大意义。
该散热方式由于具有结构简单，价格低廉，安全可靠，技术成熟的优点而成为最常用的散热方法之一。
其缺点则是：不能将温度降至室温以下，且因风扇的转动而存在噪声，凤扇寿命有时间限制。
(10) 水冷
虽然风冷翅片散热器成本低廉，但受到散热能力的限制，随着热流密度不断提高，具有更大散热能力的水冷装置的应用将大行其道。
气体强制对流换热系数的大致范围为20～100 W／(m ，℃)，水强制对流的换热系数高达15 kW／(m ·℃)，是气体强制对流换热系数的百倍以上。
目前，很多电力电子装置都是用水冷装置作为散热系统，该系统通常由散热器、水管及一个水泵组成。
散热器有一个进水口及出水口，在其内部有多条水道，这样可以充分发挥水冷的优势，带走更多的热量。
同时因水冷系统没有风扇，所以不会产生振动，噪声也会相对较小。
该系统的缺点是价格比较昂贵，水在密闭状态下容易发生结垢、变质，在使用过程中还要完全杜绝漏水、断水等情况的发生，同时该系统在使用过程中由于水的流动会造成电子元件周围电磁场的一些变化，可能会影响到系统的稳定性。
3．冷却技术及其应用的瓶颈及展望由微电子芯片典型冷却技术的分析可知，限制其应用的主要原因是加工难度较大、成本较高、可靠性较差。
另外，很多技术受制于材料的发展而不能得以应用，材料作为现代文明的三大支柱(能源、、材料、信息)之一，在微电子器件冷却方面也展示了其重要的作用。
当然，性
能越好的材料制造成本一般会越高，因此性能越好的散热设备的制造成本也往往越高，或许发展到后来，运用得最广泛的散热介质还会是我们接触最多的流体一水。
由上面的技术分析也可知道，许多冷却技术是以水作为基本工质的，性能太好的特殊流体介质往往仅限于试验阶段。
这恰似一个矛盾统一体：大众化的应用技术要求技术、工质可靠、易得，进而售价低廉；而现代微电子器件冷却的要求是效率高，因此必然涉及到复杂的技术，高精尖的材料，制造成本与售价必然较高，从而限制其应用。
因此，处理好价格与性能的矛盾关系是摆在科研与应用道路上的巨大障碍。
现在看来，这种矛盾只能减轻、不能消除，因此微电子冷却技术的前景是光明的，但还需要很多路要走。
但同时我也相信，随着社会生产力的不断发展，人的主观能动性的不断发挥，找到一种甚至几种成本低廉且效能突出的微电子器件冷却技术是很有可能的。
这是微电子技术发展的客观要求，只要微电子技术还有巨大的生命力，其相应的冷却技术的发展就绝对不会停歇。
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却的热管散热器实验研究与优化数值模拟天津商业大学天津市制冷技术重点实验室【4】陈登科电子器件冷却技术中国电子科技集团公司第十六研究所, 安徽万瑞冷电科技有限公司【5】张小京, 易志华电力电子器件冷却技术西南科技大学信息工程学院西安电子科技大学信息工程学院。