一種新型半導(dǎo)體散熱裝置的設(shè)計

孟祥冬

【摘 要】隨著科技的發(fā)展，越來越多的小型電子產(chǎn)品問世。但是電子元器件在運行時所產(chǎn)生大量的熱量，所以電子產(chǎn)品的散熱關(guān)系到電子產(chǎn)品的運行安全和穩(wěn)定性。本文主要闡述一種新型半導(dǎo)體散熱裝置的設(shè)計，該裝置采用風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子與散熱翅片結(jié)合，均溫片與半導(dǎo)體熱端面相接觸，由散熱銅管把熱量傳導(dǎo)到散熱翅片，散熱裝置在轉(zhuǎn)子作用下旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)強(qiáng)迫對流，使熱量通過沖壓成型的散熱片傳導(dǎo)至外部。此設(shè)計能有效幫助電子元器件的散熱。

【關(guān)鍵詞】半導(dǎo)體；散熱裝置

中圖分類號： TN248.4；TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）08-0049-002

【Abstract】With the development of technology， more and more small electronic products are coming out. But electronic components generate a lot of heat during operation， so the heat dissipation of electronic products is related to the safety and stability of the operation of electronic products. This paper mainly describes the design of a new type of semiconductor heat radiator. The device combines the fan rotor with the fin of heat dissipation， contact with the hot end of the semiconductor and the heat conduction to the fin. The heat dissipation device rotates the forced opposite flow under the action of the rotor and makes the heat dissipate through the heat sink which carry heat to the outside. This design can effectively help heat dissipation of electronic components.

【Key words】Semiconductor；Heat radiator

0 引言

科技的進(jìn)步促使當(dāng)今的終端電子產(chǎn)品集成度越來越高，電子元器件在運行時所產(chǎn)生大量的熱量需要迅速散發(fā)到環(huán)境中（一般為空氣），才能避免因溫度過高而燒毀電子元器件。對于小型電子及半導(dǎo)體產(chǎn)品而言，其內(nèi)部空間狹小有限，自然對流散熱的效果比較差。如果僅通過增加翅片數(shù)而增加的換熱面積對于改善半導(dǎo)體器件的散熱效果并不顯著，而如果設(shè)置獨立的散熱風(fēng)扇會有效幫助半導(dǎo)體器件散熱但整體體積會比較大。

因此，本文將探討一種新型半導(dǎo)體散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計。采用風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子與散熱翅片結(jié)合，均溫片與半導(dǎo)體熱端面相接觸，由散熱銅管把熱量傳導(dǎo)到散熱翅片，散熱裝置在轉(zhuǎn)子作用下旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)強(qiáng)迫對流，使熱量通過沖壓成型的散熱片傳導(dǎo)至外部，而新型散熱裝置內(nèi)圈隔開冷熱端面，內(nèi)圈底部與發(fā)熱電子產(chǎn)品緊密結(jié)合，使冷端面對圈內(nèi)空氣降溫進(jìn)而降低產(chǎn)品的工作溫度。

1 新型半導(dǎo)體散熱裝置的設(shè)計

熱量的傳遞有導(dǎo)熱、對流換熱和輻射換熱三種方式。在半導(dǎo)體制冷片中，三種換熱方式都存在。為了強(qiáng)化傳熱，將散熱翅片進(jìn)行旋轉(zhuǎn)進(jìn)行強(qiáng)迫對流，在同一環(huán)境下，風(fēng)速與散熱量程線性變化。風(fēng)速越大，其散發(fā)的熱量相應(yīng)加大。

由于半導(dǎo)體體積小，穩(wěn)定性高的特點。有效利用散熱器每一處的面積尤為重要，本設(shè)計的關(guān)鍵在于使每一個散熱翅片都在旋轉(zhuǎn)，促使其與空氣緊密接觸形成有效換熱面，實現(xiàn)快速換熱。散熱器底部面積與芯片大小一致，底部與散熱銅管連接，散熱銅管形成閉環(huán)圓圈，與環(huán)形翅片散熱器連接，以便使熱量快速傳遞到散熱器頂部。與傳統(tǒng)翅片散熱器相比，新型散熱器體積小，并充分利用了半導(dǎo)體制冷片的優(yōu)勢，同等散熱面積的情況下，體積小于傳統(tǒng)翅片式，有效換熱面積大于傳統(tǒng)翅片式，見圖1。將散熱器固定在半導(dǎo)體熱源端片上，散熱器和發(fā)熱芯片通過導(dǎo)熱硅膠填充，見圖2。在此相對較封閉的環(huán)境中，采用新式散熱結(jié)構(gòu)，將熱量大面積散發(fā)到外殼表面，然后直接散到空氣中。

2 旋轉(zhuǎn)散熱翅片沖擊射流的流動結(jié)構(gòu)分析

由旋轉(zhuǎn)散熱翅片所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)射流的流動示意圖如圖3所示， 其沖擊平板的速度場如圖4所示。該流場可分為3個射流區(qū)：

1）射流主區(qū)： 攜有很大動量、由旋轉(zhuǎn)散熱翅片產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)射流區(qū)為主體。由于內(nèi)流高壓區(qū)的作用，射流區(qū)的軸線AC相對于中軸線AB有外擴(kuò)傾向。同時，由于翅片的旋轉(zhuǎn)，噴射氣流沿剪切方向的速度也導(dǎo)致了射流區(qū)的外擴(kuò)。

2）內(nèi)流區(qū)：位于軸流電機(jī)下方并被主射流體和沖擊散熱翅片包圍的區(qū)域。射流與沖擊散熱翅片撞擊作用產(chǎn)生的大量渦結(jié)構(gòu)，而且二次駐流主要集中在這個區(qū)域。

3）外流區(qū)： 射流主體與周圍靜止流體發(fā)生卷吸作用的區(qū)域。該作用也產(chǎn)生大量的渦旋結(jié)構(gòu)。 沖擊散熱片的換熱系數(shù)隨著噴射距離的增加而減少，這是由于電機(jī)旋轉(zhuǎn)所噴射出的旋轉(zhuǎn)流體卷吸大量的周圍靜止流體，致使沿軸流方向速度降低，相應(yīng)影響沖擊平板上的傳熱效果。

3 小結(jié)

本次設(shè)計的新型散熱裝置——旋轉(zhuǎn)散熱翅片本身可以看成一種風(fēng)扇。該裝置處在射流主區(qū)，所有卷入流體均與新型散熱裝置的散熱翅片均勻沖擊，該散熱裝置在射流主區(qū)散熱效率最高，散熱性能顯著提高。本設(shè)計利用半導(dǎo)體制冷片便攜、壽命長、可移動的特點。特別適用于中高熱量的電子產(chǎn)品中，優(yōu)化散熱性能，延長產(chǎn)品使用壽命。采用此新式散熱裝置能夠有效改善電子元器件的散熱。

【參考文獻(xiàn)】

[1]隋丹，金東范，徐明龍，盧天健.軸流風(fēng)扇沖擊射流的流動和傳熱特性[C].2007年傳熱傳質(zhì)學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集，2007，1590-1595.