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大功率元件的散热 大功率晶体管是指功率大于l w的晶体管，此时，完全靠管壳及引线不能把热量迅速 散走，需要加专门的散热装置——散热器。对集成电路而言，当热流密度大于o．6w／cm2 时，也需要用散热器，本节以晶体管为讨论对象，其方法和结构适用于集成电路。 图5—22(a)是带散热器的晶体管模型。管壳往往就是晶体管的集电极，管壳安装在 散热器上，为了使管壳与散热器电绝缘，以及提高晶体管与散热器的接触质量，常常在管 壳与散热器之间垫一层对电绝缘，但导热性能好的电绝缘片。图5—22(b)是散热途径方 框图，图中丁s为环境温度。晶体管的耗散功率Pc使集电结产生结温76，集电结的热量 向管完传递，受到阻力为入，称为内热阻，管壳的温度为7c，管壳分两路将热流散到环 境尸路是直接向周围的环境传热，热阻为只I，称为外热阻，该热阻通常很大，因管壳的 面积小，亿宾微电子其向环境的辐射和对流传热很困难；另一路是管壳的底部通过绝缘片传到散热 器，散热器再向周围的环境传热。散热器的温度为7f，从管壳到散热器之间的热阻即为 只2b，它由绝缘片的传导热阻和绝缘片上下两面的两个接触热阻组成。 设计这种产品时要注意下面问题： ．所选用的冷却液，其电气性能应能满足机内元器件之间的电气绝缘要求，其教度 尽量低，以利于液体的自然对流； ．机壳要解决密封问题，灌注冷却液体后，机壳内部耍留有 受热膨胀的要求； ．机壳要有足够的强度； ．元器件的配置要有利于液体的自然对流； ·定的间隙，以适应液体 ．产品的维修要方便，对一次性使用的产品，可不考虑这个问题。 ②有搅动的液体冷却产品 加搅动的目的是为了加强冷却液体的对流换热，对强度大的液体更为适用。采用这 种冷却方法时，必须考虑下列附加因素：电机的尺寸、转速、搅动杆的叶片数以及杆和叶片 材料与液体的化学相容性等。同时要注意机壳的密封性并保证其强度，还要留有一定的 热膨胀空间。 ③直接强迫液体冷却 直接强迫液体冷却系统包括低压泵、管路、热交换器和膨胀箱等。低压泵式冷却液在 系统中循环；膨胀箱可作为液体受热膨胀的补偿及防止系统被蒸汽堵塞之用；热交换器将 受热的液体冷却后由泵送回到储浓箱内。这种系统应注意元器件的排列，以达到最佳冷 却效果。若泵压力较高，则应防止高压液流直接冲向脆弱的电子元器件。 (2)间接液体冷却Atmel 间接液体冷却主要利用的是导热模块。具有高组装密度的多芯片模块(MCM)的热 量，用一般的冷却技术(如风冷)已无法满足要求，特别是对那些大型计算机的高性能做处 理器更是如此。图5—25是IBM 308l计算机中的檄处理器的导热模块结构示意图，每个 导热模块包含多层陶瓷基板、118个芯片、导热活塞、加载弹簧、模块罩、氮气和水冷却板 等，冷却液与发热芯片不直接接触。实验证明，功耗为4w的芯片．当冷却水的入口温度 为24℃时，芯片的表面温度达59℃。 (3)冷却剂 电子产品用的冷却剂其特性主要有以下几个方面。 ①冷却剂的物理特性包括导热系数、比热、密度、教度、膨胀系数、表面张力等 ②物理特性：使用冷却剂的方便性和安全性，包括适当的沸点和冰点。对密封产品， 要求冷却剂的表面张力低一些。选择尽量高的闽点、憋点和自燃温度，以及尽可能低的易 燃性。 ②电气特性；包括介电强度、体积电阻串、介电常数和损耗因素等。 ④相容性：与元器件的相容性要好，不产生化学反应，热稳定性好，不易挥发。 ⑤经济型：成本要低。 由于传热是一个复杂的过程，涉及的因柬又如此之多 来比较各种冷却剂的冷却效果。 3．电子产品的蒸发冷却 物质从液态变为气态的过程称为汽化。汽化有两种形式；一种是仅在液体自由表面 上进行的汽化．称为蒸发，这种蒸发在各种温度下都能发生；另一种不仅在被面，而且在浓 体内部同时进行的汽化，这种汽化称为跺脚。不论是蒸发还是沸腾，都需要吸收一定的热 量。例如，在一个大气压下，1000g水变成蒸汽要吸收627w的热量(汽化热)。 电子产品的蒸发系统的组成，如图5—26所示。整个系统由发射管、蒸发锅、冷凝器： 水压控制箱、压力连锁开关以及各种管系等主要部件组成。