电子器件冷却技术.pdf

第 27 卷 第 3 期 低 　　温 　　物 　　理 　　学 　　报 Vol. 27 , No. 3 2005 年 8 月 CHINESE JOURNAL OF LOW TEMPERATURE PHYSICS Aug. , 2005 电子器件冷却技术 陈登科 中国电子科技集团公司第十六研究所, 安徽万瑞冷电科技有限公司 , 合肥　230043 　　文章讨论了电子冷却的对象和冷却方法 ;论述了微通道冷却、新型热管、热喷射、集成热 路等新的冷却方法 ;介绍了介观制冷器、热电子发射制冷开发中的冷却/ 制冷技术. 关键词 : 电子, 冷却 PACC : 7120 1 关于电子冷却技术 冷却技术涉及到许多领域. 在电子领域 ,冷却技术也已渗透到方方面面 ,从电子技术一 产生就有了冷却问题. 电子技术发展突飞猛进,冷却技术也伴随着它 ,始终起着基础的和保 障的作用. 1. 1 　电子冷却的必要性 对电子领域的冷却主要有以下原因 : ( ①带走器件的发热 : 电子器件对信息 这里“信息”可以是电流、电磁振荡、声、光等任何 ) 形式 的处理过程实质上是能量的转化过程. 这总会伴随着发热 ,发热的根源是任何能量转 化过程都不可能是 100 %的效率 ,不足 100 %部分的能量全部或大多数变成了热量 ,这部分 热量不能让它累积在电子器件中 ,必须散发出去. 电子器件向更小、更高速、更大功率密度方 向发展 ,这些都意味着更大的热流密度 ,冷却越来越重要了. 典型的例子如 :三极管、功率器件、真空电子器件、IC 、激光器等. 图 1 示意的电子器件 A 把能量或带有能量的信号 X1 ,Y1 ,. . . 处理成能量或带有能量的信号 X2 ,Y2 ,. . . ; Q 是散发 出的热量; 从能量的角度看 ,应满足以下关系 ( ) EX 1 + EY1 + … = EX2 + EY2 + …+ Q 1 应该指出 , Q 永远大于 0 , 即永远有热量需要散发. ②降低器件的温度以提高与温度有关 的器件性能. 电子器件的工作温度往往对它 的性能有很大影响 ,热噪声或暗电流是最明 显的一个受温度影响的性能 ,例如在传感器 件、红外探测器及各种光子探测器、放大器 件、LNA 等 , 高速数字器件中的情形就是这 图 1 　电子器件中信号与能量的关系 收稿日期 © 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 256 　　　　　低 　　温 　　物 　　理 　　学 　　报 　　　　　　　　　27 卷 样等. 降温对电子器件起了一个热噪声抑制或隔断的作用. ③冷却有利于提高器件的工作寿命. ④某些电子器件的特性只有工作在一定温度以下才会出现. 如超导电子器件是基于超 导现象的器件 ,它必须工作在超导转变温度以下. 1. 2 　电子冷却对象 根据被冷却对象的层次 ,可分为以下两种 : ①对电子整机或系统冷却 ,使整机或系统工作环境温度处于要求的范围内. 这种方式不 仅要冷却 ,有时也可能要加热 ,对温度的要求既要考虑到机器也要考虑到操作机器的人. 所 以把它叫作空气调节或者调温或恒温更恰当. 它把整个系统当作对象 ,有时需要针对具体发 热点采取调温措施. ②对电子器件或模块冷却. 这种方式针对性很强 ,哪里发热就冷却哪里 ,哪里需要冷却 就冷却哪里. 本文重点就谈这种情况并简称为电子冷却. 1. 3 　电子冷却的方法 根据子冷却的温度和方法的不同 ,可以把它分成下表中几类 : 冷却方法名称 散热 制冷