电子设备热控制技术的现状与发展趋势

电子器件温度控制技术王 文 李庆友（上海交通大学制冷与低温工程讨论所 上海 200030）wenwang@sjtu.edu.cn摘 要 ： 随 着 电 子 器 件 的 高 频 、 高 速 以 及 集 成 电 路 技 术 的 迅 速 进 展 和 MEMS(Micro Electronical Mechanical System)技术的进步，电子元器件的总功率密度大幅度增长而物理尺寸却越来越小，热流密度也随之增加，所以高温的温度环境势必会影响电子元器件的性能，这就要求对其进行更加高效的热控制。因此，有效解决电子元器件的散热问题已成为当前电子元器件和电子设备制造的关键技术。本文针对电子元器件的散热与冷却问题，综述了当前应用讨论中不同的散热和冷却方法，并进行了适当的分析。关键词：散热，冷却，电子器件1、 引言近几年来特别是微电子机械(MEMS)技术进展十分迅猛，并逐渐拓展于多个应用场合,微小型化已成为当代科技进展的重要方向之一。微型制冷技术既依赖于 MEMS 技术的进展，也同时是 MEMS 技术进展的需要。众所周知，集成电路技术的快速进展，导致各种电子器件和产品的体积越来越小，集成器件周围的热流密度越来越大，以计算机 CPU 为例，其运行过程中产生的热流密度已经达到 60-100W/cm2，半导体激光器中甚至达到 103 W/cm2数量级。另一方面，电子器件工作的可靠性对温度却十分敏感，器件温度在 70-80° C 水平上每增加1° C ，可靠性就会下降 5%。较高的温度水平已日益成为制约电子器件性能的瓶颈，而高效电子器件的温度控制目前已经渐渐成为一个讨论热点。电子器件的温度控制（或称热控制）的目的是保证其工作的稳定性和可靠性，其中涉及的传热学、流体力学、材料等多个学科背景。从实施的角度看，电子器件的温度控制一般可分为被动控制和主动控制。2、被动温控技术被动控制指利用高导热材料作为热桥与热沉或热源形成一个传热通道，从而使热桥另一端的器件维持在某个设计温度范围内，大多数情况下这里的热沉是依靠自然对流或辐射换热向环境散热的金属框架、具有专门的散热片等；或者根据对象的需要，在局部设计绝热结构以隔绝温度敏感元件与一些热源的主要传递途径；也有根据需要在一些局部设计相变材料作为储能和释能的单元维持温控需要的能量。2.1 自然散热或冷却方法自然散热或冷却方法是指不使用任何外部辅助能量的情况下，实现局部发热器件向周围环境散热达到温度控制的目的，这其中通常都包含了导热、对流和辐射三种主要传热方式，其中...