电子设备散热技术研究

随着微电子技术的发展,使得电子器件的热流密度不断增加,这样势必对电子器件有更高的散热要求,因此有效地解决散热问题已成为电子设备必须解决的关键技术.针对现代电子设备所面临的散热问题,就自然对流散、强制风冷散热、液体冷却、热管、微槽道冷却、集成热路、热电致冷等常用的电子设备散热技术及某些前沿的研究现状、发展趋势及存在问题分别予以阐述,希望对同行能有所帮助.     

电子器件冷却用重力型热管散热器的实验研究

用发热铜块模拟电子器件 ,油泵回路控制风温 ,毕托管和倾斜式微压计测量风速等方法 ,建立了热管型散热器性能测试系统。对所设计的重力型热管电子器件散热器 ,通过改变散热功率、风速、风温等因素来测试电子器件表面温度的变化。实验结果表明 :重力型热管散热器具有良好的散热性能 ,可满足较高热流密度 (小于 8.5 6× 1 0 4 w/m2 )电子器件的冷却要求。性能测试系统具有良好的精度和可靠性 ,可以作为改进散热器设计的重要手段     

基于CFD的电子器件散热最优间距的数值研究

为研究高发热功率电子器件散热的机理,采用CFD技术对小空间内电子器件的散热状况进行了研究,模拟了以空气为冷却流体多种电子器件间距条件下小空间的温度场及速度场.以电子器件冷却后的温度水平、平均换热系数、流动阻力为主要因素,并结合场协同理论提出一种评价电子器件冷却效果的评判公式,进而以它为指标得出电子器件散热效果的最优间距.     

热管冷却技术在Yb:YAG激光放大器中的应用

为克服水流冷却在固体激光热管理中结构复杂、稳定性差、能耗大等缺点,设计了热管冷却的Yb:YAG激光放大器.分别通过理论和实验验证了热管冷却技术的可行性.首先,建立了三维、瞬态的有限元模型,模拟结果表明,对于6 kW、1.2 ms的泵浦能量,1 Hz重频下的热管冷却和水流冷却散热能力接近;其次,实验测量了Yb:YAG放大器的输出能量,两种冷却方式在1Hz下的输出能量基本相同,热管冷却的能量稳定性更好.通过优化热管参数,放大器的工作频率、输出功率得到进一步提高.     

星载荷热控制辐冷板激光致热计算分析

卫星的温度变化直接影响着电子器件的工作性能,为了研究辐冷板的温升效应对电子器件温度的影响,通过分析辐冷板的散热机理和辐冷板工作特性,采用有限元分析软件,对简化后的辐冷板模型进行了激光辐照热效应计算分析。以脉冲激光作为辐射源,对辐冷板进行照射,通过对其表面温度场进行数值模拟,得到了在脉冲激光照射下的瞬态温度场分布,并对模拟结果进行了分析和研究。发现电子器件在没有散热的情况下温度将升高64.5 K,在最大工作状态时激光的照射将严重影响热管的工作性能,而且热管的非正常工作将使电子器件温度升高,影响电子器件正常运行,为星上温度影响电子器件性能实验奠定了理论基础。     

用热管冷却氙灯阳极的研究

本文对大功率氙灯用热管冷却阳极进行了研究,并在功率1至3千瓦范围内进行了试验。热管冷却阳极在电弧接点承受高密度热量,并把这些热量传导到散热片,然后散到大气中去。热管冷却阳极集装到灯上时,需要改进阳极接头、绝缘和密封区域的冷却。当有足够功率时,即使液体金属冷凝,利用惰性气体,液体金属热管也保证能成功地起动。     

一体化陶瓷平板热管的自由成型与传热性能研究

为提高电子器件的散热效率,利用电机助推微注射器MAM(Motor Assisted Microsyringe)自由成型技术制备了带有矩形微槽的一体化Al2O3陶瓷平板微热管,并对其不同充液率、冷却条件下的传热性能进行测试。结果表明,在热流密度为5.3W/cm2条件下,陶瓷平板热管的传热性能良好。其中,稳态工作条件下,充液率为100%的热管蒸发端和冷凝端的温差仅有5.5℃,传热性能最好。与一般的平板热管相比,平板蒸汽腔工作时,最高温和温差均有所降低。     

激光器腔镜变形分析及热管冷却方法研究

激光器运行中,腔镜的变形造成激光输出功率下降和光束质量变坏,大大制约了高功率激光器性能的提高。通过对激光器腔镜吸热产生的热变形及冷却流体对镜片压力变形分析,提出了热管冷却腔镜的方法,介绍了热管冷却原理和热管在导热方面的优点,设计了热管冷却腔镜方案,为有效控制强激光系统中镜片表面变形提供了有效途径。     

微小型热管的研究现状与进展

通过就微小型热管的研究现状以及最新进展从单根微型热管、微型热管阵列以及微槽平板热管三个方面进行了系统地回顾。归纳了微小型热管的传热极限;总结了微小型热管研究一致公认的结论以及微小型热管研究所面临的困难和挑战。证明了微小型热管在微电子器件冷却等微小空间散热方面有着广阔的应用前景。     

用于大功率LED冷却的热管散热器的实验研究

提出了一种将大功率发光二极管(LED)散热和热管传热相结合的用于大功率LED冷却的热管散热器新概念,并对设计出的热管散热器的传热性能和整体的均温性进行了试验研究.试验结果表明,热管散热器的热阻在0.21～2.6 K/W,且整个散热器具有均匀的温度分布.与当前的LED散热器相比,这种结构的热管散热器具有散热效率高、结构紧凑、热阻小、重量轻、成本低等特点,可以满足未来大功率LED散热的要求.     

大功率LED冷却用平板热管散热器的实验研究

对一种新型平板热管散热器冷却大功率LED芯片阵列进行实验研究。在自然对流冷却条件下,分析了平板热管散热器的启动特性、均温特性以及通电电流、倾角对其传热性能的影响。利用热电转换方法得到LED芯片的结温变化。实验结果表明:平板热管散热器的总热阻在0.3053～0.3425℃/W间,且散热器整体温度分布均匀合理,具有很强的散热能力;LED结温在47.9～59.0℃间,远低于110℃。     

一种均温板加速条件下性能试验研究

针对机载电子设备散热应用条件,研究热管均温板在机载加速环境下的传热性能。为提高热管散热稳定性,将热源布置在热管中部,热管两端作为散热端。试验中试验单元安装在离心加速机上,模拟机载加速环境,测试了不同加速度条件下热管传热性能,得到热管均温板当量导热系数变化曲线,分析了加速度对热管当量导热系数的影响。试验结果表明:在0 ~13g加速条件下,热管均温板均能正常工作。结合试验结果给出热管均温板用于机载电子设备散热的设计建议。     

两热源热管散热模组瞬态性能热分析

电子设备散热结构的瞬态性能对判断冷却系统的结构是否合理非常重要却很少被研究。采用热阻网络法,得出了多热源热管散热模组的数学模型。应用MATLAB模拟了热管散热模组在设计工况和变工况下各点温度的瞬态散热特性。结果显示,该热管散热模组的瞬态响应性能较好,其最大温差在散热器部分。瞬态温度响应具有滞后性。热源散热量突然急剧变化时,对热源部分的影响较大而对环境的影响较小。     

适用于大功率光电芯片散热的一体化平板热管

为解决大功率光电芯片散热问题,构造了一种新结构一体化平板热管。利用超轻多孔泡沫金属作为毛细吸液芯,以水、丙酮和乙醇为工质,在不同充液比、加热功率和倾角条件下对新结构热管的热性能进行了研究,结果表明,这种新结构平板热管不仅消除了热管与散热片间的接触热阻,而且使整个散热翅片也处于均温状态,当功率达到380W、热流密度超过445 W/cm2时,热管仍具有较好的均温特性,且热阻较小,可达0.04℃/W。在3种工质中,水是最佳工质选择,且当充液比为30%时具有较好的效果。实验表明,以泡沫金属为吸液芯的新结构一体化平板热管具有很好的传热性能,并扩展了承载大热流密度的能力。     

Thermal analysis of high power LED package with heat pipe heat sink

The goal of this study is to improve the thermal characteristics of high power LED (light-emitting diode) package using a flat heat pipe (FHP). The heat-release characteristics of high power LED package are analyzed and a novel flat heat pipe (FHP) cooling device for high power LED is developed. The thermal capabilities, including startup performance, temperature uniformity and thermal resistance of high power LED package with flat heat pipe heat sink have been investigated experimentally. The obtained results indicate that the junction temperature of LED is about 52 °C for the input power of 3 W, and correspondingly the total thermal resistance of LED system is 8.8 K/W. The impact of the different filling rates and inclination angles of the heat pipe to the heat transfer performance of the heat pipe should be evaluated before such a structure of heat pipe cooling system is used to cool high power LED system.     

微波功率放大器的热管散热设计

随着微波功率放大器热功耗的增加和小型化,如何改善散热问题变得越来越重要,理想的热设计能够保证放大器长期工作。放大器在真空环境下以热传导和辐射散热为主,嵌入在盒体底部的热管具有很高的热传导率。放大器产生的热量以传导的方式传到盒体和热管,热管迅速把热量传导到散热器上,散热器的翅片通过辐射把热量散发出去。论述了在真空环境下微波功率放大器热管散热的设计方法,用ICEPAK CFD热分析软件进行热仿真。微波放大器通过热真空试验,可以工作正常,实验表明热管散热是真空环境下大功率放大器热设计的有效方法。     

平板微热管阵列在LED散热装置中的应用

针对目前大功率LED灯的散热问题,研制了高效散热器件——平板微热管阵列。实验表明,平板微热管阵列具有良好的热输运能力,当蒸发段表面温度为69.5℃时,热流密度能够达到143.2 W/cm2。利用该平板微热管阵列设计了用于LED散热的散热装置,并进行了相关的实验测试和模拟研究。结果表明,该散热装置散热效果良好,测得的光源基座处的温度均低于70℃,大大低于对结温的要求。模拟结果与实验结果误差在4%以内,模型合理,可以用于该散热装置的优化设计。     

1D and Q2D thermal resistance analysis of micro channel structure and flat plate heat pipe

Heat pipes and two-phase heat transfer devices are widely used in electronics cooling, and the thermal resistance is a key issue to ensure the system performance and reliability. In this study, the traditional one dimensional (1D) and quasi-two dimensional (Q2D) methods were utilized to analyze the thermal resistance of the previous boiling experiments of evaporator tests with silicon (Si) and copper (Cu) micro channel structures as well as the existing flat-plate heat pipe tests with aluminum micro channels as wick structures. The temperature distributions and variations under different test conditions were collected, and the 1D and Q2D methods were applied to calculate the overall thermal resistance for evaporator tests and heat pipe tests and compared with the experimental data. The results showed that the Q2D method can predict the overall thermal resistance for the evaporator region and the whole heat pipe with a higher accuracy because the spreading resistance was significant and should be considered under small heater area (hot spot) conditions. Detailed distributions of thermal resistance and the calculated errors of each test sample under different heat loads were presented and compared. For present tests, the Q2D method can reach a lower average error (about 10%) and is recommended for calculations. Furthermore, the spreading resistance of Q2D method is further applied to calculate the selected test cases to investigate the wall thickness effects. The spreading resistance of the selected evaporator tests and heat pipe tests may decrease and increase, respectively, as wall thickness increases due to different evaporative heat transfer conditions. The present results demonstrate the applicability of the Q2D methods for both evaporator and heat pipe tests, and the present analyses can be a reference for future thermal management and electronic cooling designs.