电子元器件的热管理
浏览：286 次 发布日期：2022-04-01
科技的日益进步，带动仪器设备不断向着智能化、小型化、高性能发展。随着集成电路技术的发展，数亿至上百亿的微型电路被蚀刻到指甲大小的芯片上。
拆开身边任意一台设备，都可见到密密麻麻的PCB线路板，上面集成了性能更高、尺寸更小，同时发热更严重的电子元器件。密集线路板构成了手机、电脑、家电、汽车等设备的“大脑”。为保持“大脑”高速运转，并防止过热“发烧”，催生了数千亿的热管理市场。
热管理即管理电子元器件的发热问题，使元器件不超过限定温度，保持仪器设备长期稳定运行，需要从结构设计和材料应用两方面解决。 在进行器件的热管理前，首先要搞清楚热从哪来，到哪去，怎么去。电子器件的发热源于热耗散，电能在电路中流动，转换成动能、光能、磁场等，其余大部分变成热能。
如LED只有30%转变成光能，因此大量的热量必须要及时传导散出，否则会引起元器件快速升温，导致损坏或可靠性降低。热量从元器件的运行中产生，最后散发到环境中，其传递散发的路径，即热管理领域研究的核心问题。 热传导：即通常的导热，物体不发生相对位移，仅依靠原子、分子的微观运动，热量从介质的一端传递到另一端，常见的基板、散热器即依次原理。通常以导热率衡量导热能力，如空气导热率仅0.02w/m*k，塑料导热率0.2w/m*k，纯铜则高达400w/m*k。
热对流：运动的流体经过不同温度的物体表面发生换热，即热对流，常见的有风冷、水冷等。根据流体运动的起因，还可分为自然对流和强制对流，如放置冷却就是自然对流，加装风扇就是强制对流。
热辐射：任何有温度的物体，表面都会发射出一定波长的电磁波辐射，波长在0.38-100um的称为热辐射，其中0.76-20um即为红外辐射，这部分会带走物体表面热量，在常温环境占传热比例10-30%，而温度1400℃以上时，辐射传热占比超过80%。真空环境中，热辐射是唯一传热途径，如太阳的能量传到地球就是通过热辐射。
通常电子器件的热量经过层层结构导出后，必须依靠散热器才能散发到空气中。普通的散热器金属，如铜、铝等材料表面辐射系数仅0.2-0.4。 昭信照明研发的散热涂料，基于表面热辐射原理，以有机-无机纳米复合材料制备，涂布于金属散热器、或柔性铝基板表面，大幅提升辐射系数至0.9-0.95，在不增加散热结构的情况下，提升散热效率15%-25%。
在实验室标准测试中，65℃热源，100cm2散热面积下，喷涂散热涂料比未喷涂可降温4-5℃，在50W的LED模组对比测试中，喷涂散热涂料实验组光源中心管脚可降低10℃，对散热效果有显著提升。
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