基于电子散热新技术的研究

　　电子技术的发展呈现两大趋势：一是追求小型化和集成化，二是追求高频率和高运算速度，这样使得单位芯片的热流密度迅速升高。如计算机cp芯片在运行过程中产生的热流密度已达到60―10W/rf，半导体激光器中甚至达到itfW/cm数量级。而电子器件正常的工作温度范围为一5-65°q大允许工作温度100-的温度会危及半导体的结点，损伤电路的连接界面，增加导体的阻值和形成机械应力损伤。研究表明：电子元件的温度在正常工作温度水平上降低1°Q其故障可减少4；若增加10-20°C，则故障率提高100.据统计，电子设备的失效率有55是温度超过规定值引起的。由此可见，电子散热问题已成为制约电子工业发展的瓶颈，而高效的电子散热技术已成为一个研究热点。

　　高效电子散热与传热学，流体力学等原理的应用密切相关，其目的是对电子设备的运行温度进行有效地控制，以保证其工作的稳定性和可靠性。目前电子系统中常用的冷却方法有：空气自然对流和辐射，强迫风冷，空气冷板C加散热片的强迫风冷）强制间接液冷和蒸发相变冷却等，这几种冷却技术的适用范围如表1所示。

　　表1几种常规冷却技术的适用范围冷却技术单位传热面积的大功耗一热流密度（W/m2）空气自然对流和辐射强迫风冷空气冷板强制间接液冷蒸发相变冷却当然，一个冷却方案不仅仅使用一种冷却方式，还是要根据具体情况，采用几种冷却技术综合使用。

　　随着微电子技术的发展，电子系统集成度越来越高，如2003年Iatm2处理器的晶体管数量为41亿，2007年集成度达10亿，到2008年功能强大的微处理器发热量可能接近10kW传统变时9测得用水做冷却介质时热热沉热姐为trVA用nNVfeS1k方呈与滑移边界条！P的冷却方式不能满足其散热要求，为此国际上逐渐兴起了以微通道冷却、微射流冷却、微热管冷却等新型的散热或冷却方式。本文就这三种新型散热技术的研究现状，存在的问题及今后的研究方面进行综述。

　　2微通道冷却技术微通道是定义为将水力学直径在1一1000m之间的通道或管道。早的微通道散热器于1981年美国学者Tukemar和Pease提出，基本结构如所示，采用化学腐蚀与精密加工方法在0.5厚的基板上加工出槽宽和壁厚均为5屮丐通道高宽比约为1屮平深300m的平行多路通道，将微通道刻蚀在VIS鞋芯片背面并在其顶部装上盖板，冷却液则密封在微通道内。

　　冷却介质为水，在温升为71°Q压力降为350km的条件下获得了79W/m热流密度的散热。

　　微通道具有高表面积一体积比、低热阻、低流量等特点，是一种有效散热的解决方案。微通道散热器的基材有金属热沉和半导体热沉材料，材料的选取主要考虑材料的热导率及线性膨胀系数与外延片材料线性膨胀系数的匹配性等，目前用得多的材料是硅和铜。选用硅作热沉材料具有易加工得到高纵深的良好通道、制造技术成熟、与半导体芯片热膨胀匹配等优点，但相比铜而言成本较高，且由机械和热应力引起很小的塑形形变就可导致S的碎裂，而铜的热导率较高，也是一种较好的热沉材料。冷却介质通常选用水、液氨、空气、甲醇等，美国劳伦斯利弗莫尔国家，其工作原理是：将被冷却元件安置于密闭容器中，冷却液经喷嘴喷出成为液滴均地冲击被冷却表面，冷却液经喷嘴成为高速流，雷诺数增加，换热系数也随之增加，这样受热后蒸发在压力作用下被冷却腔体，因此喷流冷却具有射流冲击和沸腾传热两种强化换热作用。美国佐治亚技术学院已研制出一种闭路喷流冷却装置，以水为冷却介质，可以冷却300kP，a微泵驱动功率为7W国内外研究主要集中在喷射速度、喷头形状、冷剂选择（如水、碳氟化合物FC―72FC―77FC― 87等）以及微结构粗糙表面等影响因素上。MaddopBarChen的试制中以FC― 77作为冷却液，终得到的换热系数大约为1700W/niK他们主要研究了泵抽吸功率随喷管的尺寸和数目的变化规律，发现抽吸功率随喷管数的增加而减小，得出结论：喷管数目越多，性能越佳。但由于制造工艺的局限，喷管直径只能小到一定程度，喷管数目相应地也只能多到一定程度通过，主要依靠毛细芯中的液体蒸发所发生的压力差，克服工质流动的阻力，使回路中的工质循环工作，连续有效地把热量传输到热沉。它与环路热管在结构和原理上是一致的，只是前苏联学者习惯称为环路热管，美国学者称之为毛细泵回路热管，当前的研究热点是研制小型化及多蒸发器的回路热管以满足集成电子元件高散热负荷及高热流密度的需要。为主，观察运行的过程和现象，研究管径、工质、加热方式、充灌率等对其运行和传热的影响，但由于实验数据不够，理论研究不完善，还不能完全明确脉动热管的运行和传热机理，但随着研究的深入，必将广泛地应用于航天航空领域。

　　针对多芯片组件体积小的特点，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，毛细芯用陶磁材料制作，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金刚石的还要好，更比现有的衬底材料导热系数好得多。

　　振荡热管是新也是为的一种热管，由于无吸液芯、体积小、结构简单、传热性能好，被视为目前解决微小空间高热流密度散热方案中一种有希望和前景的传热元件。

　　冷凝管回流管电子散热问题已制约微电子产业的发展，积极探索先进的散热新技术是这一领域的前沿和热点。微通道冷却、微射流冷却和微热管冷却均为有效的高热流冷却技术，但迄今为止，对这三种冷……+4-…mi一m…不够完善，同类现会出现相互矛盾的1深入，这些技术已于电子散热领域，也为现代传热学却技术的流动与传热机理研究象或相近问题的实验结果有时1现象，但随着国内外学者研究的经或正在走向成熟，并广泛应用促进微电子技术的进一步发展。

　　的发展注入新的活力。

　　脉动热管是由没有毛细吸液芯的金属毛细管弯曲成蛇形结构，目前各国学者对其研究以实验71994-2015ChinaAcademicJournal机风量是以高湿度下的佳风量为运行风量的；而在后半段，二者性能相差较大，主要原因是随着频率的下降，相对湿度的下降，佳风量已远低于定风速风量，故定风量除湿性能远低于变风速除湿性能。对除湿进行积算可得试验过程定风量除湿量为0.8kg而变风量除湿量为Q91kg除湿量增加了138对比样机总耗能0463贼h而试验样机总耗能为0.4461W.h能耗减小了36，这是因为除湿前半段，二者的性能、除湿量、功率基本相等；而除湿后半段，由于试验样机风机转速远小于对比样机风机转速，故电机功率有所下降。

　　6结论（1）本文通过试验得出变频制冷系统除湿运行时佳除湿风量随进风相对湿度、运行频率的数学拟合式；（2）利用上述拟合式进行变频制冷系统的除湿运行的风量优化控制，取得了除湿量增加13 8而能耗减少3 6的效果。