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集成電路的散熱

來(lái)源:  發(fā)布時(shí)間:2021-04-09   點(diǎn)擊量:2713


電子設(shè)備只要有電流流過(guò),能量損耗都會(huì)表現(xiàn)為熱量,損耗越大,產(chǎn)生的熱量就越。如今電子設(shè)備設(shè)計(jì)的越來(lái)越微小緊湊,在半導(dǎo)體器件中,柵極已縮小至納米尺寸,單個(gè)裸片現(xiàn)在可以包含由數(shù)十億個(gè)晶體管形成的數(shù)百萬(wàn)個(gè)柵極,對(duì)散熱更是一個(gè)考驗(yàn)。

過(guò)熱對(duì)半導(dǎo)體的影響

半導(dǎo)體材料由于電遷移效應(yīng)而隨溫度變化,超出設(shè)備的溫度限制,設(shè)備的性能會(huì)降低。另外,半導(dǎo)體依靠鍵合連接,如果暴露在高溫下,鍵合的完整性會(huì)受到損害。 半導(dǎo)體器件通常由絕緣基板上的芯片組成,過(guò)熱會(huì)使半導(dǎo)體器件內(nèi)不同層次的變形,減短使用壽命;封裝材料的膨脹而在芯片上施加應(yīng)力導(dǎo)致設(shè)備過(guò)早失效,從而對(duì)可靠性產(chǎn)生不利影響,所以工作溫度越高,可靠性越低。

散熱解決方案

典型的PCB散熱方法是被動(dòng)冷卻,在空間和組件允許的情況下,在半導(dǎo)體下方和周圍放置低熱阻的銅帶走器件的熱量,并將其散布到PCB板其他。

半導(dǎo)體散熱的另一種方式是安裝散熱器,散熱器一般是鋁制結(jié)構(gòu),基板上覆蓋有鰭片,以最大程度地增加表面積,然后依靠空氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)將熱量散發(fā)出去。第一種方式相比,熱量可以更有效地從設(shè)備散發(fā)出去。

如果散熱器無(wú)法散發(fā)多余的熱量加裝風(fēng)扇強(qiáng)制氣流散熱。優(yōu)點(diǎn)是增加空氣對(duì)流加快熱傳播速度,缺點(diǎn)是這種布置會(huì)將灰塵和污染物吸入設(shè)備中,可能會(huì)影響整體可靠性或潛在地降低散熱器的熱效率。 

如果空間有限,另一種解決方案是熱管散熱。作為現(xiàn)成的材料,熱管提供了一種可靠且經(jīng)濟(jì)高效的方法,可將熱量從板上的熱點(diǎn)被動(dòng)轉(zhuǎn)移到較冷的位置。通常,熱管包含少量的吸熱液體,例如加壓的氮?dú)猓彼虮?。流體吸收熱量并變成蒸氣,蒸氣沿著管道流向冷凝器在這里,它凝結(jié)回液態(tài),然后回熱源重新循環(huán)。熱管的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)源結(jié)構(gòu),沒(méi)有活動(dòng)部件,也沒(méi)有維護(hù)要求。

其他解決方案包括使用液冷冷卻板或珀?duì)柼?yīng)冷卻板冷卻,但會(huì)增加成本和設(shè)計(jì)復(fù)雜性。

PCB散熱建議

1.為電路板提供自然通風(fēng),使空氣自由地流過(guò)電路板的表面,可以最大程度地減少冷卻不均。

2.如果PCB安裝在外殼中,盡量選擇低熱阻材料制成的外殼;可以使用鰭,脊或簡(jiǎn)單凸起的設(shè)計(jì)最大程度地增加外殼的表面積。如果設(shè)備的外殼允許,垂直調(diào)整PCB的方向,利用熱空氣上升和冷空氣下沉的原理,增加自然對(duì)流的氣流速率。

3.如果加裝風(fēng)扇,需將風(fēng)扇放置在任何自然對(duì)流通道的一端,確??諝庾杂闪鲃?dòng);另外,如果設(shè)備在有灰塵或污染物的地方運(yùn)行,需安裝過(guò)濾器。

熱門標(biāo)簽:集成電路散熱、PCB散熱、散熱器、水冷板、液冷散熱、水冷散熱

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