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高密度组装电子设备冷却技术应用研究

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大多数工业自动化设备只要开始工作就会产生一定的热量,像数控机床、电器柜、冷暖箱等,热量集聚到一定状态时,会使电器设备的温度逐渐升高,会导致电气元器件性能降低,严重时会造成设备故障直至损坏电器设备,因此对电器设备的温度控制一直是设计的一个重要内容,特别是对于高密度电子设备更是如此,使用高密度组装电子设备冷却技术可以自动调节工业自动化设备的温度,延长设备的使用寿命,维护电子设备质量,节省资源与成本。本文将在浅析高密度组装电子设备冷却技术的基础上从使用芯片冷却结构,采用微通道冷却,安装低热阻界面材料,优化模块冷却结构,使用喷雾冷却技术以及采用一体化工业空调等几个方面来探讨该技术的应用措施。

1 高密度组装电子设备冷却技术的定义

高密度组装电子设备冷却技术就是工业自动化设备散热技术,该技术遵循了电器的冷却散热原理,在工业自动化设备温度过高时可以自动调节温度以维护设备的质量。随着科技的发展,工业自动化设备的组装密度越来越高,这也意味着该设备在工作时的温度会自动上升,如果不进行相应的控制,设备必然会因为温度过高而损坏。使用高密度组装电子设备冷却技术可以在一定程度上降低工业自动化设备的温度,延长设备的使用寿命,在设计时,可以根据电子设备的发热元件的类型,发热量,安装条件等进行综合确定采用哪些冷却技术。

2 高密度组装电子设备冷却技术的应用措施

2.1使用芯片冷却结构

高密度组装电子设备的芯片体积非常小,如果自身不具备散热能力,一旦使用过程中热密度过于集中,就会导致芯片融化。因此,必须使用芯片冷却结构,确保良好的散热性能,将芯片上的热量及时传递到外部。半导体冷暖箱的制冷效果就是使用的芯片冷却结构,这种冷暖箱的一端可以放热,另一端能够吸热制冷,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(ThermalInterfaceMaterials)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(ThermalInterfaceMaterials)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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