摘 要：作为支撑云计算的重要基础设施之一的电子元器件，其散热问题已经成为制约电子元器件发展的一大障碍，本文介绍了电子元器件散热技术的发展路线，并详细分析和梳理了当前国内外典型的电子元器件散热技术。
关键词：电子元器件；元器件散热；散热技术
引 言：在云计算产业发展浪潮风起云涌的背景下，越来越多的数据中心建立起来，电子元器件作为极为重要的设备，其高性能、高可用性、高性价比成为衡量电子元器件好坏的重要指标。由于电子元器件体积有限，众多大功率电子元件在其内长时间、高负荷的运行，能否及时•地将电子元件产生的热量传递到外部直接关系到电子元器件运行的稳定性。因此，电子元器件的散热问题成为制约电子元器件发展的一大障碍。本文通过对国内外有关电子元器件散热技术进行分析和梳理，可以发现电子元器件散热技术的发展路线，从中确定电子元器件散热技术。
1 电子元器件散热技术发展路线
电子元器件散热技术的发展大致可以分为三个阶段：
1.1 主要是新千年以前的萌芽阶段
电子元器件散热技术已在国外出现，但是发展较为缓慢，这是由于当时大型计算机和电子元器件的发展刚处于起步期，这个时期的电子元器件散热主要借鉴个人计算机的散热技术，以传统的风冷技术为主，同时也出现了液冷技术，主要是将电子元件浸没于无导电性的冷却液中，而且受限于当时的材料技术发展，散热器的制造成本高。
1.2 新千年的前面十年成熟期
此时随着互联网时代的到来，对电子元器件的散热要求越来越高，除了对传统的风冷技术和液冷技术的改进外，还出现了对风扇控制的智能控制技术，随着材料技术的发展，散热器的制造成本也随之下降。
1.3 主要是2010年至今的高速发展期
随着云计算的发展，有更多的数据中心建立，越来越多的电子元器件需要在有限的空间中布局，而散热问题则成了数据中心需要解决的头号问题，此时，智能控制技术成为研究重点，新散热材料的出现也给散热领域带来了新的生机。
2 电子元器件散热技术
电子元器件散热技术主要有：风冷散热、液冷散热、热转移和智能控制。其中，风冷散热和液冷散热依旧是电子元器件散热技术领域的两大核心技术，另外，电子元器件散热领域最大的一个技术特点就是很少单独使用一种散热技术。
2.1 风冷散热
风冷散热的原理简单来说都是引导风走向，将冷风往发热元件吹入，或者将热风从发热元件抽出。常见的技术有风扇和导风罩，前者可以采用抽风风扇或者吹风风扇，后者可以按照特定的风道引导风走向，在散热过程中形成特定的气流流通方向。其代表方式有：
（1）在电子元器件主板上安装大量的冷却设备，通过冷却设备将主板上的电子元件产生的热量导出，之后在电子元器件机柜的上方和下方都安装大量的风扇，热量通过风扇产生的气流带走，从而达到散热效果。
（2）将导风罩放置于电子元器件主板的电子元件上，其前端连接风扇组形成入风口，后端设置于主板后端且出风口管径缩减，以形成对流区，同时有分割部件分割对流区，阻隔部件、密封部件和分割部件形成的区域即为对应的风道，而产生热量的电子元件正好位于风道内，其产生的热量通过风道中的气流带走，从而达到散热效果。
2.2 液冷散热
液冷散热的原理简单来说就是采用热对流或热传导的方式，通过液体的浸没或流动将发热元件的热量带走。常见的液冷方式有：浸没和液冷回路。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于电子元件遇水极易损坏，因此浸没采用的液体是油、氟化物等不易导电的液体，而液冷回路则是将电子元件与一个封闭式的液体回路接触，通过液体流动将电子元件产生的热量带走，液体常采用冷水。具体的代表方式有：
（1）电子元器件设置为密闭的容器。其中装了大量的液体冷却剂，例如氟化烃，能够淹没电子元器件中的所有芯片，在液体冷却剂的上方留有一部分空气空间，可以在电子元器件气温升高时进行气体压缩变成液体，芯片是浸没在液体冷却剂中的，液体冷却剂通过蒸发和冷凝带走芯片的热量，蒸汽从冷却剂上升起，然后凝结成液滴流下融入冷却剂，在密闭的容器中，液体冷却液和蒸汽可以按照一定的路线循环，冷却液蒸发后带走热量，经过散热板冷却后变成液体又再融入冷却剂中。
（2）电子元器件中的发热元件组成单体。其产生的热量通过水冷套管散除，冷却液向表示液体循环的方向流动，通过微型泵驱动冷却液，首先通过冷却套管，经热交换器被放热，返回微型泵，在电子元器件机壳中设置固定配管、第一受热部分、第二受热部分和大型泵，打开设在机壳的固定配管中的开关阀，冷却液分别独立且并行地向各单体循环，各单体内的水冷套管、热交换器和机壳内的第一受热部分、第二受热部分热接触，将各单体的发热元件产生的热传至机壳，然后通过机壳整体自然散热或设在机壳内的冷却风扇被强制释放到空气中。
2.3 热传递
热转移的原理主要是采用热传导的散热方式，即将热量由高温物体传递给低温物体。常见的散热技术有：散热片、冷却板和半导体板。采用半导体板的散热技术是基于帕尔帖原理，即利用当两种不同的导体A和B组成的电路且通有直流电时，一个接头释放热量，另一个接头吸收热量，当改变电流方向时吸热和放热部分互换，从而达到散热效果。
2.4 智能控制
智能控制的原理主要是采用传感器监测电子元器件内部的温度和负载，并通过相应的控制电路调节风扇转速或液体流速，属于一种智能化散热。具体的代表方式如下：电源向CPU和冷却风扇提供电力，冷却风扇在工作时，引导气流流过CPU和其他部件，控制器根据电源单元和温度传感器送来的信息，控制冷却风扇的工作，在电源单元上还有一个负荷传感器，该负荷传感器监视或检测表示电源单元的负荷的参数，控制器根据估算的电源负荷以及监测的温度，启动从电源加到冷却风扇上的电压并将其调节到适当的电平。
2.5 新型电子设备散热技术
（1）软性导热硅胶绝缘垫散热技术。这项技术一般是针对新型的电子设备的，作用是优化散热材料性能。研究表明，该类绝缘垫的可塑性非常强，性能也比较好。不但容易进行加工，同时安装在电子设备里面也可以表现出比较好的导热性能。其最高的承受温度为220℃，这针对热量长期聚集的情况而言是基友有利的技术。把这种绝缘垫应用于手机、计算机等小型电子设备中不仅能起到良好的隔热放火作用，还由于其本身具有一定的弹性起到电子设备抗震的作用。
（2）导热硅脂散热技术。导热硅脂是一种复合型材料，这种材料表层含有膏状的硅油，利用这层硅油可以实现电子设备的吸收热量和散热的效果，当电子热备产生大量热量时，这种材料会不断吸热升温，表层硅脂慢慢融化，表现出一定的流动性，带动空气与设备表面热量循环，促使热量散发，对于大功率的电子设备的散热非常有效，但硅脂本身稳定性较差，容易受空气中氧化性气体破坏变质，因此在应用过程中通常加入金属粉等还原剂，减缓其变质过程。
结 语：
本文详细对电子元器件散热技术进行了梳理和分析，从整体来看，随着电子元器件制造技术的发展，电子元器件散热技术也越发趋于成熟。目前，对电子元器件散热技术的需求仍然处于上升阶段，期待涌现更多更好的散热技术。
参考文献：
[1]何涛. 电子元器件散热方法研究[J]. 信息系统工程,2014(12):126.
[2]韩贵杰,张静,袁梦鑫. 电子元器件热电冷却技术研究进展[J]. 电子世界,2014(18):191.
[3]翁建华,舒宏坤,崔晓钰. 电子器件的散热技术及其计算方法[J]. 机电产品开发与创新,2015,28(06):42-44.
[4]尹辉斌,高学农. 电子器件散热技术现状及进展[J]. 广东化工,2013,40(04):67-68.
论文作者:白鑫
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/5/6
标签：电子元器件论文; 技术论文; 热量论文; 冷却液论文; 液体论文; 风扇论文; 冷却剂论文; 《电力设备》2018年第31期论文;