文 献 综 述

1 引言

1980一1999年之间,电子器件的散热热流密度增加了12倍。以微电子芯片为例,目前一般已达到60一90w/c,最高可达200w/c。对于集成度高达几百万晶体管的CPU,其发热量非常大,普通的CPU表面温度都可以达到50一80℃,CPU内部则会高达80℃以上。而传统的依靠单相流体的对流换热方法和强制风冷方法只能用于外表面热流密度不超过10w/cm2的电子器件,因此,这种方法对于高发热量的电子器件的散热己不再可行[1]。散热器是电子器件中一个热量交换的重要部件可以高效的将发热元件的热量散至周围环境或者热沉中。当然现代电子设备的集成度不断提高、功耗不断加大,使得热流密度急剧上升,如果我们在设计阶段不注重电子设备的散热设计,那么元件所产生的热流将得不到有效控制,特别是在工作环境比较恶劣或电子设备比较复杂的情况下某些元件的工作温度就有可能上升到导致整个电子系统的工作不稳定乃至失效[2]。飞行器在工作中仪器舱内会产生大量的热量，如果这些热量不能及时散去，将会威胁飞行器的飞行安全[3]，为了保证飞行器内工作元件安全运行，需要对飞行器仪器舱内热量进行控制，因此国内外提出了具有更高层次的航天器热管理概念[4]，研究设计合适的舱内散热器就具有更加重要的意义。

2 背景

现阶段，国内外学者对于电子元件散热器的设计和热分析的研究主要集中于使其在各种环境下（如高空中）能够达到冷却效率高，噪音低，质量性价比低，稳定性好等。黄延平[5]研究了海拔高度对电子原件散热的影响。孙俊[6]利用分子动力学（MD）方法研究了切向动量、法向动量以及能量协调系数（TMAC、NMAC、EAC）随温度、壁面构型、表面粗糙度等因素的变化以及气体与壁面的动量和能量交换规律。浙江大学孙伟[7]对热管型电子器件散热器各个传热环节的热阻进行了数值计算,通过热阻大小的比较,从理论上提出了强化传热的一系列措施。北京工业大学的逄燕[8]分析了滑移边界条件和温黏关系对微尺度流动和传热特性的影响，分析了有无边界滑移条件和液体温黏关系时，微通道内的速度和温度分布，以及摩擦系数和努塞尔数的变化。Nam-Trung Nguyen[9]等研究了微通道散热器的对流热传递的三维特征。Younghwan Joo[10]研究了自然对流板翅式和针翅散热片之间的热性能比较。D.Y. Leeb[11]微通道换热局部热平衡的条件及过程。Hartnett[12]等对微通道热沉传热测量做了一个系统的分析。T. M. Anderson[13]对电子封装平行板散热器做了散热设计及参数研究。Kim, Sung Jin[14]研究了散热片上流体流动和传热的紧凑造型。Hyunjong Kim[15]研究了冷却高功率LED模块智能散热片的热性能。

3 现代电子设备散热技术

电子设备热设计是指对电子设备的耗能元器件及整机或系统采用合适的冷却技术和结构设计，以对它们的温升进行控制，从而保证电子设备或系统正常可靠地工作。随着电子设备发热量的不断增加，电子设备热设计的要求也越来越高。从最初的自然对流冷却、强制风冷、流体相变冷却到现在研究者普遍关注的微槽道、喷雾冷却等，电子设备热设计（尤其是对极高热流密度芯片，微系统器件[24]等）一直是研究者关注的焦点。电子器件的冷却与一般器件冷却不同，不仅要求冷却效率高，还有低噪音、轻质，冷却 却均匀、稳定性好等要求。针对电子设备散热需求，现在广泛采用风冷、热管、喷雾冷却、微结构等散热方式， 种散热方式都有其相应的特点，现将其简述如下；

3.1 风冷散热器

风冷散热的原理简单来说就是通过散热片将热传导出来，再通过风扇转动，加强空气流动，通过强制对流的方式将散热片上的热量传至周围环境。其散热原理如图1 所示。这种散热方式简单实用，且价格低廉，是目前 CPU 最常用的散热方式。缺点是要提高风冷散热器的散热效率，只有增加散热片的体积和增大风扇风量[17]两种，而有限的机箱内部空间难以容下太大体积的散热器，而直接与散热片体积基本成正比的风扇想要增大风量，只能加快转速，所随着风扇转速的增大，其产生的噪音也随之增大[18]。