电子器件用热管散热器及其性能分析

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1、器件与模块《电力电子》2006年1期Device&Module电子器件用热管散热器及其性能分析HeatPipeRadiatorforElectronicDevicesandPerformanceAnalysis华北电力大学动力工程系范忠瑶程友良李欣摘要:随着电子元件工作频率和集成度不断提高，其散热量也在急剧增加，传统散热器在散热能力上已很难满足要求，这将严重影响设备运行的稳定性。本文通过分析热管的工作原理，建立了将热管应用于散热器的传热模型，分析了热管散热器与传统散热器在散热能力和安装、布置、运行等方面上的优势，认为新型热管散热器具有很好的应用前景。关键词:电子器

2、件热管散热器传热模型传热微分方程Abstract:Astheworkingfrequencyandtheintegrationdegreeofelectronicdeviceskeepincreasing,theirheatproductivityincreasesrapidly.Thetraditionalradiatorishardtocoolthedeviceasrequired,anditwillcausebadinfluenceonthesteadyofthedevice.Basedontheanalysisofheattubeworkingprinci

3、ple,thispaperbuilttheheattransfermodelofheattuberadiatorsandanalyzedthedifferencesbetweentraditionalradiatorsandheattuberadiatorsinheat-sinkingcapability.Theadvantagesofheattuberadiatorsinheat-sinkingcapability,settingup,layoutandoperatingareeduced.Keywords:ElectronicdeviceHeatpiperad

4、iatorHeattransfermodelHeattransferdifferentialequation1引言组成(如图1[5])。工作时热管一端为蒸发端，另外一端为随着电力电子元器件工作参数和集成度不断提高，冷凝端。当热管一端受热时，毛细管中的液体迅速蒸其单位发热量急剧增加[1]：如目前二极管的额定值电压为发，蒸气在微小的压力差下流向另外一端，并且释放出2500伏，电流为1600安，而晶闸管参数已发展到超过2500热量，重新凝结成液体。液体再沿多孔材料靠毛细力的伏和1000安，其热流密度或所要求的散热量常常达到作用流回蒸发段，如此循环不止。应用这种方式可以用

5、50W/cm2，有时甚至高达200w/cm2[2]。传统的采用单相极快的速度将热量从热管的底部传导到热管的顶部，避流体强制风冷的散热器在散热量、体积、重量等诸多方免热量在发热部位堆积，将热量均匀散发各翅片上。面已不能满足要求[3]，而采用热管技术的热管式散热器对各种电力电子设备或装置具有很强的适应性，其散热能力强，最高散热功率已可达200Ｗ/cm2/[4]，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。2热管技术图1典型热管工作原理图热管技术自从1963年出现以来逐渐在工业、农业、交通运输等方面得到了广泛的应用。不同的热管在结构3热管散热器性能分

6、析上有很大的差异，但一般由管壳、吸收芯和工质三部分3.1理论分析热设计http://www.resheji.comPowerElectronics

7、43《电力电子》2006年1期器件与模块Device&Module由传热学知识可知，增加散热面积意味着在宽度变后以自然对流或者强迫对流的方式将热量散发到空气化不大的情况下要增加翅片的长度，然而过度增长翅片中。其传热模型简化如图2。长度不但会增大散热空间还会造成翅片肋效率降低。3.2.1基板的导热过程肋效率的表达式为[6]：由电子器件传到基板上的热量Q，一部分传导到散热翅片散到空气中Q，一部分由热管带走Q，基板本122h

8、fthH()身的对流散热忽略。ldh=f(1)由基板传到翅片的散热过程为一维稳态常物性的导2hfHld热过程，将由热管带走的热量做内热源处理，用一维稳式中:态常物性微分方程表示为：η--肋效率fH--散热器基板上的翅片高度δ--翅片的厚度h散热器与周围冷却气流之间的传热系数--λ--散热器材料的导热系数有效传热面积A，翅片实际总面积A，则：fAA=h(2)ff如果一味的增加翅片的长度H或者减小翅片的厚图3基板导热示意图度δ，虽然增大了实际翅片面积A，但是由于肋效率η2f减小，Af有可能减小。所以传统的散热器存在着散热dt-=Q20（3）2[7]dxl极限，在电子元

9、件散热量飞