电子器件该怎么散热

电子器件该怎么散热

01

电子元器件都怎么散热

在电子元器件的高速发展过程中，它们的总功率密度不断增大，但尺寸却越来越较小，热流密度因而持续增加，这种高温环境势必会影响电子元器件的性能指标。对此，必须要加强对电子元器件的热控制。如何解决电子元器件的散热问题是现阶段的重点。本文章主要对电子元器件的散热方法进行了简单的分析。

电子元器件的高效散热问题，受到传热学以及流体力学的原理影响。电气器件的散热就是对电子设备运行温度进行控制，进而保障其工作的温度以及安全性，主要涉及到散热、材料等各个方面的不同内容。现阶段电子元器件散热主要有自然、强制、液体、制冷、疏导、热隔离等方式。

1、自然散热或冷却方式

自然散热或冷却方式就是在自然的状况之下，不接受任何外部辅助能量的影响，通过局部发热器件以周围环境散热的方式进行温度控制，其主要的方式就是导热、对流以及辐射集中方式，而主要应用的就是对流以及自然对流等方式。

自然散热或冷却方式主要就是应用在对温度控制要求较低的电子元器件、器件发热的热流密度相对较低的低功耗器材以及部件之中。在密封以及密

集性组装的器件中，如果无需应用其他冷却技术，也可以应用此种方式。在一些时候，对于散热能力要求相对较低的情况，也可以利用电子器件自身的特征，适当增加其与临近的热沉导热或者辐射影响，并在通过优化结构优化自然对流，进而增强系统的散热能力。

2、强制散热或冷却方式

强制散热或冷却方式就是通过风扇等方式加快电子元器件周边的空气流动，从而带走热量的一种方式。此种方式较为简单便捷，应用效果显著。在电子元器件中，如果其空间较大使空气更易流动，或者安装一些散热设施，就可以应用此种方式。在实践中，提升此种对流传热能力的主要方式具体如下：要适当增加散热的总面积、要在散热表面产生相对较大的对流传热系数。

在实践中，增大散热器表面散热面积的方式应用较为广泛。在工程中主要就是通过翅片的方式拓展散热器的表面面积，进而强化传热效果。而翅片散热方式可以分为不同的形式，包括在一些热耗电子器件的表面应用的换热器件，以及空气中应用的换热器件。应用此种模式可以减少热沉热阻，也可以提升其散热的效果。而对于一些功率相对较大的电子器件，则可以应用航空中的扰流方式进行处理，通过对散热器中增加扰流片，在散热器的表面流场中引入扰流，则可以提升换热的效果。

当然，散热器本身材料的选择跟其散热性能有着直接的关系。目前，散热器的材料主要是用铝经过压铸型加折叠鳍/冲压薄鳍而制成的，铝具有较高的热传导率（198W/mK）和不易氧化的优点。另外，传导率大于

200W/mk的AIN陶瓷制成的散热器具有热传导率高、不导电、长期暴露在空气中不会氧化的优点，这种材料已在电子元器件的封装技术和行波管中得到了应用。此外，用硅材料制作热沉在微型系统中也得到了广泛的应用，通过化学加工方法可以在硅材料上得到理想深宽比的微通道。

3、液体冷却或散热方式

对电子元器件应用液体冷却的方式进行散热处理，是一种基于芯片以及芯片组件形成的散热方式。液体冷却主要可以分为直接冷却以及间接冷却两种方式。间接液体冷却方式就是其应用的液体冷却剂不直接与电子元器件接触，而是通过中间的媒介系统，利用液体模块、导热模块、喷射液体模块以及液体基板等辅助装置在发热元器件之间进行热传递。

直接液体冷却方式也可以称为浸入冷却方式，就是将液体与相关电子元器件直接接触，通过冷却剂并带走热量，主要就是在一些热耗体积密度相对较高或者在高温环境中应用的器件。

4、通过制冷进行散热或冷却的方式

通过制冷进行散热或冷却的方式主要有制冷剂的相变冷却以及Pcltier制冷两种方式，在不同的环境中其采取的方式也是不同的，要综合实际状况合理应用。

（1）制冷剂的相变冷却

就是一种通过制冷剂的相变作用吸收大量热量的方式，可以在一些特定的场合中冷却电子器件。而一般状态主要就是通过制冷剂蒸发带走环境中的热量，其主要包括了容积沸腾以及流动沸腾两种类型。

在一般状况之下，深冷技术也在电子元器件的冷却中有着重要的价值与影响。在一些功率相对较大的计算机系统中可以应用深冷技术，不仅仅可以提升循环效率，其制冷的数量以及温度范围也较为广泛，整个机器设备的结构相对较为紧凑，循环的效率也相对较高。

（3）Pcltier制冷

通过半导体制冷的方式散热或者冷却处理一些常规性的电子元器件，具有装置体积小、安装便捷、质量较好、便于拆卸的优势。此种方式也称之为称热电制冷方式，就是通过半导体材料自身的Pcltier效应，使直流电通过不同的半导体材料并在串联的作用之下形成电偶，此时通过在电偶两端吸收热量、放出热量，这样就可以实现制冷的效果。此种方式是一种产生负热阻的制冷技术与手段，其稳定性相对较高，但是因为其成本相对较

高，效率也相对较低，因而只在一些体积相对较为紧凑，且对于制冷要求较低的环境中应用。其散热温度≤100℃；冷却负载≤300W。

5、通过能量疏导进行散热或冷却的方式

就是通过传递热量的传热元件将电子器件散发的热量传递给另一个环境中。而在电子电路集成化的过程中，大功率的电子器件逐渐增加，电子器件的尺寸越来越小，这就要求散热装置自身要具有一定的散热条件。因为热管技术自身具有一定的导热性特征和良好的等温性特征，在应用中具有热流密度可变性且恒温特性良好、可以快速适应环境的优势，因而在电子电气设备的散热中应用较为广泛，可以有效的满足散热装置灵活、高效且可靠的特性，现阶段在电气设备、电子元器件冷却以及半导体元件的散热方面中应用较为广泛。

热管是一种高效率且通过相变传热方式进行热传导的模式，在电子元器件散热中应用较为广泛。在实践中，必须要根据不同种类的要求，对热管进行单独的设计，并通过分析重力以及外力来进行因素的影响来进行合理设计。热管设计过程中，要分析制作的材料、工艺以及洁净度等问题，并严格控制产品质量，对其进行温度监控处理。

6、热隔离散热方式

热隔离就是通过绝热技术进行电子元器件散热和冷却处理。其主要分为真空绝热和非真空绝热两种形式。在电子元器件的温度控制上，主要应用的

是非真空类型的绝热处理。而非真空的绝热就是通过低导热系数的绝热材料开展。此种绝热形式也是一种容积绝热的方式，直接受绝热材料厚度因素的影响，而材料导热系数的物理参数也直接影响其绝热效果。

热隔离方式主要就是影响局部器件的温度，加强控制、组织高温器件以及相关物体产生的升温影响，进而保障整个元器件的可靠性，延长设备的应用寿命。在实践中，因为温度直接影响绝热材料的传热性能，一般温度越高，就需要越多的绝热材料。同时，温度升高也会增加绝热材料中的多孔介质中的内辐射。在应用绝热措施的时候，设备运行时间如果相对较长，其实际的绝热效果则就越差。同时，如果温度升高，就会导致多孔绝热材料自身的总导热系数不断增加。对此，必须要保障绝热材料的整体性能，进而提升应用效果。

在集成电路的发展过程中，电子元器件的密度与热量密度也在持续增加，其散热问题也逐渐凸显。对此，高质量的散热以及冷却方式可以保障电子元器件的性能指标。在实践中，要综合具体的电子元器件发热功率、自身特性，合理应用不同的散热以及冷却方式与手段，要综合具体的应用场合，合理选择应用方式与手段，进而凸显电子元器件的性能指标。

02

通过良好的PCB设计来改善电子产品散热

对于电子设备来说，工作时都会产生一定的热量，从而使设备内部温度迅速上升，如果不及时将该热量散发出去，设备就会持续的升温，器件就会因过热而失效，电子设备的可靠性能就会下降。因此，对电路板进行很好的散热处理是非常重要的。

1 、加散热铜箔和采用大面积电源地铜箔。

根据上图可以看到：连接铜皮的面积越大，结温越低

根据上图，可以看出，覆铜面积越大，结温越低。

2、热过孔

热过孔能有效的降低器件结温，提高单板厚度方向温度的均匀性，为在 PCB 背面采取其他散热方式提供了可能。通过仿真发现，与无热过孔相比，在器件热功耗为 2.5W 、间距 1mm 、中心设计 6x6 的热过孔能使结温降低 4.8°C 左右，而 PCB 的顶面与底面的温差由原来的 21°C 减低到 5°C 。热过孔阵列改为 4x4 后，器件的结温与 6x6 相比升高了 2.2°C ，值得关注。

3、IC背面露铜，减小铜皮与空气之间的热阻

大功率、热敏器件的要求。

a、热敏感器件放置在冷风区。

b、温度检测器件放置在最热的位置。

c、同一块印制板上的器件应尽可能按其发热量大小及散热程度分区排列，发热量小或耐热性差的器件（如小信号晶体管、小规模集成电路、电解电容等）放在冷却气流的最上流（入口处），发热量大或耐热性好的器件（如功率晶体管、大规模集成电路等）放在冷却气流最下游。

d、在水平方向上，大功率器件尽量靠近印制板边沿布置，以便缩短传热路径；在垂直方向上，大功率器件尽量靠近印制板上方布置，以便减少这些器件工作时对其他器件温度的影响。

e、设备内印制板的散热主要依靠空气流动，所以在设计时要研究空气流

动路径，合理配置器件或印制电路板。空气流动时总是趋向于阻力小的地

方流动，所以在印制电路板上配置器件时，要避免在某个区域留有较大的空域。整机中多块印制电路板的配置也应注意同样的问题。

f、对温度比较敏感的器件最好安置在温度最低的区域（如设备的底部），千万不要将它放在发热器件的正上方，多个器件最好是在水平面上交错布局。

g、将功耗最高和发热最大的器件布置在散热最佳位置附近。不要将发热较高的器件放置在印制板的角落和四周边缘，除非在它的附近安排有散热装置。在设计功率电阻时尽可能选择大一些的器件，且在调整印制板布局时使之有足够的散热空间。

h、元器件间距建议：