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电子系统热管理上他挑战

时间:2021-11-27 05:28:00

消费者的需要一直在推进着电子行业中新产物的设想,而业界也已对市场的冀望作出呼应,供应尺寸越来越小、性能却愈发壮大的产物。关于进一步的微型化以及不息加强功能的需要,将以指数的体式格局进步功耗以及体系外部的发烧。天生的极高热量对用户的康健以及产物的可靠性和功能都拥有晦气的影响,从而在所有的电子产物中都产生了对热治理的焦点需要。

在应请求而应用接近他们身材的电子产物时(比方,在消费者佩带 AR/VR 头戴设置装备摆设时),消费者们会越来越多的接触到潜伏的康健题目。头戴设置装备摆设发烧而大概发生的晦气影响包孕灼烧或红疹之类的皮肤题目、耳部沾染,以及与大脑相干的题目。(起源:Trendshealth)

1、热治理 – 汗青与挑衅

热治理即经由过程基于热动力学和热通报的手艺,对温度和噪声程度举行操纵的才能。电子行业的进展提高了对立异性的热治理手艺的需要,因为再也不使电子设置装备摆设外部发生极高的热通量,从而改良体系的性能与可靠性。依据 Thermal News 的报道,预计热治理市场将从 2013 年的 88 亿美圆上升至 2018 年的 155.6 亿美圆,增长率达到 12.1%(热治理包孕资料的应用、手艺,以及调理适度发烧的对象)。

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电子行业的鼓起,需求各类立异性的解决计划能力应答热管理上的挑衅。这些挑衅来自于一系列多种电子设置装备摆设所收回的热量,热量的局限从印刷线路板 (PWB) 上的 5 瓦/平方厘米,始终延长至半导体激光上的 2000 瓦/平方厘米。传统的冷却要领关于曩昔的热通量拥有结果,然则,关于以后产生的热通量来讲,则必需配备更具立异性的解决计划。

在大多数情况下,芯片的结点温度必需保持在供应商指定的同意限值如下,从而确保性能与可靠性。可靠性的界说为设置装备摆设在详细的时间段内涵指定条件下发扬所需性能的可能性。在肯定某一产物/手艺的品质与优越性的过程当中,产物可靠性是最首要的要素。

热管理上的其余挑衅包孕:

? 外形系数减小
? 卑劣环境
? 下降产物本钱
? 可靠性和性能上的束缚
? 餍足严峻的规范
? 开辟进步前辈的手艺与资料
? 进步消费者的请求与需要

2、热管理解决计划

最新的热治理手艺围绕着基础的热通报模式发扬感化– 也便是传导、对流和辐射,而手艺的进展则从单相换热进展到了多相换热。均热板、冷板和放射打击机构之类的冷却手艺,为热治理家当生态的将来带来了革命性的进展。

热功能卓越的新型冷却剂(比方纳米流体和离子纳米流体)正在庖代传统的冷却剂。当代的 CFD 仿真软件针对各类挑战性的题目开辟而成,能够展望温度与气流的漫衍,有助于肯定存在低温的地位以及气流缺乏的地方。依据西门子公司“应用 CFD 完成最优的热治理与冷却设想”的研讨结果,该软件还可用于研讨各类修正步伐的本钱效益,找到进步冷却服从的路子。

3、热管理行业的首要冷却要领

传导冷却:经由过程间接通报,从较热部分到较冷部份的热通报。传导冷却的经常使用要领包孕芯片载体传导、印刷电路板传导、应用耐热框以及热传导模块。

经由过程天然对流和辐射的氛围冷却:天然对流的根底在于温差所造成的流体中密度差别而惹起的流体活动。流体的流速越高,热通报的速率就越快。与天然对流气流无关的流体速率自身较低,是以,天然对流冷却的应用范围在低功率的电子体系中。

经由过程逼迫对流的氛围冷却:逼迫对流包孕增添氛围增流器,使氛围吹过四周的电子组件,进步流体的固定速率,如许就能进步传热速度。逼迫对流的服从最高可比天然对流凌驾 10 倍。

液体冷却因为液体的导热率要远远高于气体,是以,与气体冷却相比,液体冷却的有效性要高得多。然而,因为存在泄露、侵蚀、超重以及冷凝的可能性,关于应用氛围冷却时触及的功率密度太高、影响到平安耗散的情况下,使用才会首选液体冷却。

沉溺冷却:在浸没到介电液体中后,应用沸腾时极高的传热系数,能够无效的冷却高功率的电子组件。

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进步前辈冷却手艺包孕低温学、冷却剂冷却、混杂冷却、微通道冷却、放射冷却以及冷板冷却。

少数一些热力工况需求组合应用多种冷却手艺。罕见的混杂冷却手艺包孕电润湿、部分冷却、热导管、紧凑式热发生器、均热板冷却、相变资料、宏观 TEC、eTEC(嵌入式 TEC),以及放射打击。(起源:电子设置装备摆设的冷却章节,《传热与传质》,作者:Yunus A. Cengel 和 Afshin J. Ghajar) 

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