高密度组装电子设备冷却技术应用研究

文/葛莉

伴随着科技的发展，高密度

组装电子设备冷却技术日益普及，

该技术凭借自身的独特优势被广

泛应用于工业自动化设备中。本

文将简单高密度组装电子设备冷

却技术，并浅谈该技术的应用。

摘 要

箱体的内层是用薄金属制造的，芯片与半导体

器件紧贴在内壁，一端是具有传热性能的铝和

铜材料，如果产生吸热，就通过这部分材料从

箱内吸收大量的热，有效降低冷暖箱的内部温

度。另一端装有散热器、小风扇，可以将箱内

吸收的热量从散热端向外界散出，以达到制冷

的目的。据调查，一个容积为10 升的冷暖箱

在环境温度是20 摄氏度时，箱内的温度可以

达到零下5 度。这种冷暖箱的结构很简单，而

且安全可靠，不行电冰箱和暖通空调那样需要

使用机械压缩机和冷凝剂才能制冷，而且可以

节省大量的电力资源，携带方便。

2.2 采用微通道冷却

微通道冷却是一种冷却换热技术，对于

面积大小相等的芯片，如果通道越小，单位时

间内的散热量就越大。因此，采用微通道冷却

技术时都会尽量的减小通道以提高散热效果，

一般都会用具有导热性能的硅来做通道材料，

将微小通道紧密排列，保持工业自动化设备良

好的散热环境。

2.3 安装低热阻界面材料

低热阻界面材料可以吸收芯片的热量，热

界面材料TIM（Thermal Interface Materials）

是一种可以减小接触热阻的材料，其本质是为

其他介质和热源提畅通的散热路径，热界面材

料TIM（Thermal Interface Materials） 主要由

导热硅脂、导热胶、导热粘合剂、导热弹性体、

相变材料、低熔点合金所构成的合成材料，导

热系数非常高，因此，安装这种材料就可以有

效辅助电子设备散热，保证设备的正常温度。

2.4 优化模块冷却结构

模块冷却结构是把模块做成芯片的第一

热沉，为芯片创造散热的外部环境，为了保持

散热系统的正常运转，在设计模块冷却结构时

必须注重提高模块的散热性能，降低传热热阻，

并优化模块结构。

2.5 使用喷雾冷却技术

喷雾冷却技术是将对流换热与相变结合

在一起，喷嘴可以促使冷却介质雾化然后将其

喷向需要冷却的工业自动化设备，冷却介质在

吸收热量之后会发生汽化，然后就可以在电子

设备内部循环使用，保持工业自动化设备的正

常温度。流体通过喷嘴会形成高速流，换热系

数会随着雷诺数的增加而上升，从而充分发挥

喷雾冷却技术的优势，该技术构型比较自由，

控制方法很灵活，技术核心是喷嘴设计，要根

据工业自动化设备的芯片尺寸来设置喷嘴，一

般都会将喷嘴分组堆叠使其形成喷嘴列，以压

缩系统体积，减轻电子设备的负担，保持散热

气流的畅通运转。

2.6 采用一体化工业空调

传统的电器设备很多都是加装轴流风扇，

加速空气的流动速度来达到抑制温度升高的目

的，但随着电器设备的密度越来越大，由于受

到安装空间的限制，不可能加装太多太大的轴

流风扇来进行温度调节；目前对电器设备的温

度控制可以采用工业一体化空调进行强制冷

却，经使用证明是一个非常有效的方法，缺点

是会造成设备的制造成本升高，同时由于工业

空调在工作时会消耗电能，会使设备的使用成

本升高，但从目前的使用情况来看，效果最佳；

国内生产的这种一体化工业空调，有壁挂安装

方式，也有顶部安装方式，在设计时可以按照

不同设备的具体情况及电子器件发热情况进行

计算选择。我公司目前生产的LED 曝光机，

PCB 数控钻床以及龙门加工中心等设备的电

器控制柜，均采用了一体化工业空调来进行降

温，效果非常理想。

3 结束语

综上所述，高密度组装电子设备冷却技

术是一种工业自动化设备散热技术，该技术能

够降低工业自动化设备在运转时的热量，延长

设备的寿命，提高工业自动化设备的使用质量。

要充分发挥高密度组装电子设备冷却技术的作

用则需要使用芯片冷却结构，将芯片上的热量

及时传递到外部；采用微通道冷却，减小通道

以提高散热效果；安装低热阻界面材料，保证

电子设备的正常温度；优化模块冷却结构，提

高模块的散热性能，降低传热热阻；使用喷雾

冷却技术，根据工业自动化设备的芯片尺寸来

设置喷嘴，保持散热系统的正常运转，这样方

能全面维护高密度组装电子设备，有效节约成

本资源。

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作者单位

成都金大立科技有限公司 四川省成都市

611930