[發明專利]大功率電子器件散熱方法和使用該方法的散熱裝置

無效

• 申請號: 200610145472.1
• 申請日: 2006-11-20
• 公開（公告）號: CN101193526A
• 公開（公告）日: 2008-06-04
• 發明（設計）人: 沈國忠
• 申請（專利權）人: 沈國忠
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種電子器件的散熱技術和散熱裝置，特別是一種用于大耗散功率的電子器件的大功率電子器件散熱方法和使用該方法的散熱裝置。

背景技術：

功率電子元件主要用于電力換流、整流設備，電力驅動設備，廣播/電視發射、轉發設備以及大功率通訊設備中的功率放大、功率吸收、大功率電源中。在大電流和大功率的工作狀態下，這些電子器件的耗散功率通常很大，特別是用于數字廣播/電視發射、轉發設備和大功率數字通訊設備中的功率放大管。為了降低成本、減小體積，都在向提高單管輸出功率方向發展，相應的耗散功率也大大提高，因此在正常工作時就會產生大量的熱量。這些熱量若不及時有效地導出，就會使電子器件的工作溫度迅速升高，從而直接影響電子設備的可靠運行，并大大縮短電子設備的工作壽命。

傳統上給這些大功率電子器件冷卻的方法有三種，一種是強制風冷；一種是液冷；另一種是蒸發冷卻。

強制風冷是將發熱的電子元件安裝在一個散熱器上，通過風扇將周圍環境的相對冷空氣吹到散熱器的散熱片上帶走熱量，這種冷卻方法的缺點是：對大功率器件來說，由于產生的熱量大，要帶走這些熱量就需要一個體積龐大的高熱傳導性能材料制作的散熱器，因此造成的結果是冷卻系統的體積、重量、成本大大提高；需要多個大流量的風機對散熱器進行強制吹風，由于風機的流量和外形尺寸和成本是成正比的，因此使得電子設備的外形尺寸和成本大大提高；采用強制風冷的電子設備對環境溫度、濕度和清潔度要求很高，這些大功率的電子設備一般只能在室內工作，且需要安裝大功率的空調器進行制冷、除濕，為了保證進入電子設備內部降溫的空氣的潔凈度，還需要加裝濾塵器對空氣濾塵，這樣就加大了風阻，降低了風機的效率；風機在工作時產生很大的噪音，對周圍環境有很大的不良影響；因此，強制風冷僅適合于小功率的電子設備，或工作在良好環境中的中、小功率電子設備。

蒸發冷卻傳統上是采用水、氨、CO₂、SO₂等作為制冷劑，發熱元件安裝在蒸發板上，低壓液態制冷劑在蒸發板內蒸發吸收熱量，并通過安裝在機外或室外的冷凝器將制冷器蒸汽冷凝成液體，循環換熱使得電子元件冷卻。由于氨有毒副作用，通常采用水、CO₂、SO₂等作制冷劑，而采用這種制冷劑的冷卻系統室外機或體積龐大、造價高，對超大功率的電子設備比較適合。現在，也有人在研究利用佛里昂或佛里昂的替代品作為制冷劑的制冷系統對電子設備進行冷卻的方法，這種制冷方法由于大量用于家用空調和冰箱中，使得制冷設備成本大大降低，是一項很有市場前景的制冷方法，但是由于這種蒸發冷卻的熱慣性大，溫度較難控制，容易使電子元件過冷，從而降低電子設備的使用壽命，因此要實際用于電子設備的冷卻系統中，還需要進行大量的研究。

液冷是通過低溫水、油等液態導熱介質，在安裝有發熱元件的冷卻板內的導管中以一定的流量流動，并吸收帶走發熱元件產生的熱量，吸收了熱量的冷卻液排掉，或對冷卻液采用強制風冷，循環使用，從而實現對發熱電子元件冷卻的目的。這種方法有效解決了電子設備體積龐大、噪音大、對工作環境要求高的問題，同時溫度易于控制。但是目前采用的對冷卻液進行室外強制風冷進行冷卻的方法，存在著散熱效率不高，室外冷卻部分體積龐大等缺點；另外對發熱元件冷卻的冷卻板目前采用的是如圖1、2所示的結構，散熱器1是由導熱良好的金屬材料加工而成，在散熱器1的長度方向加工多個冷卻液通孔35，散熱器1的冷卻液通孔35的兩端設有連接冷卻液通孔35的U型管23，形成蛇形冷卻液通道；發熱元件2用焊接、壓接、螺接的方法固接于冷卻液通道上方的散熱器1上。發熱元件在工作時產生的熱量，由散熱器傳導到以一定流速循環流動的冷卻液中而被帶走，以達到冷卻的目的。這種散熱板存在耗材多、加工成本高的缺點。

因此，采用何種方法，提供一種價格低，體積小、換熱效率高的用于大功率電子器件的散熱裝置是大功率電子設備制造行業的一項難題。

發明內容：

本發明所要解決的技術問題是，針對現有上述大功率電子器件的散熱裝置所存在的不足，提供一種改善大功耗電子原件的散熱效果，提高電子設備運行的可靠性和提高電子設備的使用壽命，減小電子設備本身的尺寸和冷卻系統的尺寸，使之小型化、微型化、便于加工，成本低的大功率電子器件散熱方法和使用該方法的散熱裝置。

本發明的上述技術問題是由如下技術方案來實現的。