电子器件的散热分析

电子器件（笔记本电脑）的散热分析前言：随着电路集成度的增加，芯片产生的热量也大幅度增加，功率增加，体积缩小，热密度急剧上升，电子设备的温度迅速增高，由散热不良导致的电子设备的故障也越来越多，如何有效地解决电子器件的散热问题已经成为整个信息产业发展中亟待解决的关键技术。在此，我借助笔记本电脑的散热问题分析来向大家介绍一些电子器件的散热问题、强化措施及一些新的强化散热技术。笔记本电脑的散热途径及原理强化散热的方法笔记本散热途径笔记本电脑的散热原理采用可强化导热的导热界面材料使用更多的新型散热片和风扇强化散热液冷及热管技术的应用笔记本散热途径1.外壳散热即利用笔记本电脑的金属外壳进行散热。例如铝镁合金笔记本电脑外壳散热相当好。相比传统的塑料外壳来说，对笔记本整体散热性能提升很多。这种设计的另一大好处是，降低不必要的风扇运转造成的电力损耗及噪音。使系统更加稳定、待机时间更长。笔记本散热途径2.键盘散热键盘的底部有一块散热铝板。这块铝板与笔记本电脑主板上的散热铝板相接触，这样就将主板上的散热铝板的热量传递到了键盘底部。散热铝板上边密密麻麻地分布了很多透气孔。热量就是从这些孔中排出，散发到空气中。笔记本散热途径3.散热孔散热散热孔一般设计在笔记本电脑的四周和底部。工作时内部的热量就可以从这些小孔中排出。有的笔记本电脑内部还采用一些特殊的风道导流设计，利用散热孔位置与内部结构布局形成更好的空气流通环境。笔记本电脑的散热原理热传递主要有三种方式：传导，对流，辐射。任何散热器都会同时使用以上三种热传递方式，只是侧重点有所不同。笔记本电脑的散热原理对于笔记本电脑散热器，热由笔记本电脑部件不断地散发出来，通过与其紧密接触的热管以传导的方式传递到散热片；然后，到达散热片的热量，再通过其他方式如风扇吹动将热量送走。笔记本电脑的散热原理整个散热过程包括四个环节：第一是笔记本电脑部件，是热源；第二是散热片和热管，是热的传导体；第三是散热风扇，是增加传热传导的媒介；第四是空气，它是热交换的最终流向。笔记本电脑的散热原理热管散热+风冷散热是目前笔记本电脑主要的散热技术。其中，热管是一种传热元件，它利用在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量；风冷散热就是使用扇带走散热器所吸收的热量。采用可强化导热的导热界面材料导热界面材料种类特点软性导热硅胶绝缘垫良好的导热能力和绝缘特性，其作用就是填充发热功率器件与散热器之间的间隙并将发热功率器件的热量有效迅速地传递给散热器，又因其柔软而富有弹性，还能起减震、密封等作用，能够满足设备小型化、超薄化的设计要求。导热硅脂高温时融化呈液态，可流动填补界面空气提高散热效率，导热系数高于软性导热硅胶绝缘垫，导热硅脂易老化，稳定性差液态缝隙填充材料物理化学性质稳定，在室温或高温下固化，良好的环保性相变导热材料在相变过程中会吸收和放出大量的热，可作为能量存储器，不易吸灰，容易使用及运输，可应用于电脑处理器，替代硅脂等。石墨材料具有体积小，重量轻，导热系数较高，石墨比较脆弱，需要铝箔包裹使用更多的新型散热片和风扇强化散热当前的技术现状是，各类计算机芯片普遍采用受迫对流空气来冷却发热器件，即通过扩展肋片，改进气流分布，增大风压，将冷却空气压送至散热器件表面以将该处热量散走，另外在笔记本狭小受限的空间内采用紧凑式散热片如板式、板翅式、翅片管式等等。而且，各类新型风扇的研究也是日新月异使用更多的新型散热片和风扇强化散热使用更多的新型散热片和风扇强化散热然而，此种方式的冷却效率与风扇速度成正比，因而会产生明显噪音；而且一旦微器件发热密度过高时，空气冷却将很难胜任。目前，气冷方式的散热能力已渐趋极限，难以适应功耗继续增加的需要，特别是在如笔记本电脑等便携式设备的狭小受限空间中更是如此。液冷技术的提出液冷技术的提出随着计算机芯片集成度的飞速增长，要求的换热强度越来越高，采用水冷或热管散热的方式已提到日程上来，相应产品相继出现在市场上。液体因单位体积热容远大于气体，作为循环工质能够提供更高的冷却功率，是一种较佳选择。据业界人士分析，液冷可能会成为一个主流。低熔点液体金属散热技术的提出与发展众所周知，金属具有远高于非金属材料的热导率，因而在许多特殊场合具有重要用途。而计算机芯片一般工作在0℃以上，100℃以下，设想若能将这一温区内处于液体状态的会属作为冷却流体，则可望产生优异的散热性能。低熔点液体金属散热技术的提出与发展以低熔点金属或其合金作为冷却流动工质的计算机芯片散热方法，是在芯片热管理领域中首次引入的新观念。在这种先进散热技术中，流通于流道内的工质并非常规所用的水、有机溶液或更多功能流体，而是为在室温附近即可熔化的低熔点金属如镓或更低熔点的合金如镓铟等，因而整套装置可做成具有对流冷却方式的纯金属型散热器。低熔点液体金属散热技术的提出与发展由于液体金属具有远高于水、空气及许多非金属介质的热导率，且具有流动性，因而可实现快速高效的热量输运能力，这相对于已有的散热方式而言是一个实质性的拓展。这种低熔点液体金属以远高于传统流动工质的热传输能力，最大限度地解决了高密度能流的散热难题。低熔点液体金属散热技术的提出与发展特别是，由于采用了液体金属，散热器可作得很小且易于通过功耗极低的电磁泵驱动，由此可实现整体集成化的微型散热器。可以预计，作为一种同时兼有高效导热和对流散热特性的技术，液态金属散热将有望成为新一代最理想的超高功率密度热传输技术之一。低熔点液体金属散热技术的提出与发展而且，随着今后各类高功率芯片发热密度的持续攀升，传统散热技术趋近极限时，该项技术越能发挥作用。不难看出，液态金属散热作为一项底层技术，还可由此引申出更多高效微型散热器形式，并有可能打破许多光电子芯片器件使用上的技术瓶颈。谢谢大家！