电子器件冷却技术概况与进展.pdf

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