热管的电子设备冷却技术

热管的电子设备冷却技术.pdf

热管的电子设备冷却技术
赵晓军余莉 (南京航空航天大学航空宇航学院, 南京210016)

摘要: 电子设备的高热流密度使得其散热问题日益突出, 热管以其优良的传热性能, 越来越受到电子设备热设计者的青睐。本文论述了热管在芯片中的冷却技术, 认为热管在电子设备冷却中具有很大的潜力和优势, 展望了热管冷却技术在电子设备冷却中的发展和热管在机载电子设备冷却技术中的应用前景。
关键词: 电子设备冷却热管芯片机载电子设备

Cooling Technology of the E lectronic Equipment in Heat Pipe
ZHAO X iaojunYU Li
( Co llege of Aerospace Eng ineering, NanjingU niversity o fAeronaut ics and A stronautic, Nan jing 210016)
Abstract: The prob lem of the e lectronic equ ipm ent heat dissipa ting is deter io rated increasing ly for h igh heat flux and the
heat pipe is attached im po rtance to the hea t designers because o f strong capability of hea t transfer. The deve lopm ent o f heat pipe in cooling of chips is descr ibed. It is ve rified tha t the heat pipe has lots of super io rity and potentia l in coo ling o f electronic equipm ent. M eanwh ile, the applica tion and developm ent tendenc ies o f hea t pipe in coo ling of e lectron ic equ ipm ent and av ion ics are discussed.
Key w ords: coo ling of e lectron ic equ ipm ent, heat pipe, ch ip, av ion ics equipm ent
引言
随着电子技术的迅速发展, 电子及相关产业不仅更加追求小型化和集成化, 同时还追求更高的频率和运算速度, 从而导致单位容积电子元器件的发热量陡增。据统计, 从1970年以来, 半导体晶体管的密度和性能飞速提高, 几乎每隔18个月就翻1倍, 基本上按照M oore 定律的预测趋势在发展 。
芯片的集成度、封装密度以及工作频率不断提高, 使得芯片的热流密度迅速升高。电子设备工作时, 除了发射出少量功率以外, 70% ~ 90% 的输入功率都转变成了热量 。每个元器件或材料都有一定的工作温度范围, 超出这个范围可靠性就会急剧恶化。如电解电容器的10度规律: 温度每上升10度, 其寿命会降低一半; 温度每下降10, 其寿命会延长一倍。研究[ 4] 表明, 超过55% 的电子设备的失效形式是由温度过高引起的, 芯片热流密度的不断升高对电子器件热可靠性和热设计提出了更高的要求。事实上, 电子设备的散热问题已成为制约电子工业发展的瓶颈。传统的采用单相流体强制风冷的散热器在散热量、体积、重量等诸多方面已不能满足要求, 而热管散热器散热能力强(最高散热功率[ 5] 已可达200 W /cm2 ), 且在结构形状和尺寸上设计更加灵活, 相对于传统散热器具有很大优势和潜力。本文在阐述热管冷却技术的基础上, 主要对热管在芯片冷却中的应用情况进行具体介绍, 并提出了热管技术的研究方向。