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大功率元件的散热 大功率晶体管是指功率大于l w的晶体管，此时，完全靠管壳及引线不能把热量迅速散走，需要加专门的散热装置散热器。对集成电路而言，当热流密度大于o6wcm2时，也需要用散热器，本节以晶体管为讨论对象，其方法和结构适用于集成电路。 图522(a)是带散热器的晶体管模型。管壳往往就是晶体管的集电极，管壳安装在散热器上，为了使管壳与散热器电绝缘，以及提高晶体管与散热器的接触质量，常常在管壳与散热器之间垫一层对电绝缘，但导热性能好的电绝缘片。图522(b)是散热途径方框图，图中丁s为环境温度。晶体管的耗散功率Pc使集电结产生结温76，集电结的热量向管完传递，受到阻力为入，称为内热阻，管壳的温度为7c，管壳分两路将热流散到环境尸路是直接向周围的环境传热，热阻为只I，称为外热阻，该热阻通常很大，因管壳的面积小，亿宾微电子其向环境的辐射和对流传热很困难；另一路是管壳的底部通过绝缘片传到散热器，散热器再向周围的环境传热。散热器的温度为7f，从管壳到散热器之间的热阻即为只2b，它由绝缘片的传导热阻和绝缘片上下两面的两个接触热阻组成。 自散热器向环境的传热热阻为R4，是散热器本身具有的热阻。因散热器的选材和形状、面积、表面状态上都做了合理的设计，所以散热热阻较小，往往六远小于只TP，即通过：管壳一垫片一散热器环境。这一路的散热比“管壳*环境”这一路的散热效率要高很多。这里的关键是要选择合适的散热器。图523为目前计算机中常用的散热器。27 其他形式的散热方式 1强迫空气冷却 (1)单个电子元器件的强迫空气冷却 在整机及机柜中只有单个元件需要冷却时，例如雷达发射机中的大功率磁控管、行波管、调制管、阻尼二极管等需要集中风冷。为了提高冷却效率，可设计一个专用风道，把发热器件装入风道内冷却。 (2)整机抽风冷却 抽风冷却主要适用于热量比较分散的整机或机箱。热量经专门的风道或直接排到产品周围的大气中。ATMEL代理商抽风的特点是风量大、风压小，各部分风量比较均匀。因此，整机的抽风冷却常用在机柜中各单元热量分布比较均匀，各元件所需冷却表面的风阻较小的情况。 2电子产品的液体冷却 由于液体的导热系数及比热均比空气大，因而可以大大减小各有关换热环节的热阻，提高冷却效率。因此，液体冷却是一种比较好的冷却方法。其缺点是系统比较复杂，体积和重量比较大，产品费用高，维修也比较困难。 (1)直接液体冷却所谓直接液体冷却，就是将冷却液体与发热的电子元器件直接接触进行热交换。热源将热量传给冷却液体，再由冷却液体将热量传递出去。在这种情况下，冷却液体的对流和蒸发是热源散热的主要方式。图524为国产某型号的水冷系统。 无搅动的直接液体冷却 电子元器件装在一个密封的机壳里，里面充满冷却液体。这种装置的传热途径是：发热元器件的热量通过液体的自然对流及导热传给液体，液体将吸收到的热量传给机壳，最后由机壳将热量散发到周围空气中去。它与风冷相比较，主要是降低了从元器件到周围介质的对流热阻，大约可降低一个数量级。设计这种产品时要注意下面问题：所选用的冷却液，其电气性能应能满足机内元器件之间的电气绝缘要求，其教度 尽量低，以利于液体的自然对流；机壳要解决密封问题，灌注冷却液体后，机壳内部耍留有 受热膨胀的要求；机壳要有足够的强度；元器件的配置要有利于液体的自然对流；定的间隙，以适应液体产品的维修要方便，对一次性使用的产品，可不考虑这个问题。有搅动的液体冷却产品 加搅动的目的是为了加强冷却液体的对流换热，对强度大的液体更为适用。采用这种冷却方法时，必须考虑下列附加因素：电机的尺寸、转速、搅动杆的叶片数以及杆和叶片材料与液体的化学相容性等。同时要注意机壳的密封性并保证其强度，还要留有一定的热膨胀空间。 直接强迫液体冷却 直接强迫液体冷却系统包括低压泵、管路、热交换器和膨胀箱等。低压泵式冷却液在系统中循环；膨胀箱可作为液体受热膨胀的补偿及防止系统被蒸汽堵塞之用；热交换器将受热的液体冷却后由泵送回到储浓箱内。这种系统应注意元器件的排列，以达到最佳冷却效果。若泵压力较高，则应防止高压液流直接冲向脆弱的电子元器件。 (2)间接液体冷却Atmel 间接液体冷却主要利用的是导热模块。具有高组装密度的多芯片模块(MCM)的热量，用一般的冷却技术(如风冷)已无法满足要求，特别是对那些大型计算机的高性能做处理器更是如此。图525是IBM 308l计算机中的檄处理器的导热模块结构示意图，每个导热模块包含多层陶瓷基板、118个芯片、导热活塞、加载弹簧、模块罩、氮气和水冷却板等，冷却液与发热芯片不直接接触。实验证明，功耗为4w的芯片当冷却水的入口温度为24时，芯片的表面温度达59。(3)冷却剂电子产品用的冷却剂其特性主要有以下几个方面。冷却剂的物理特性包括导热系数、比热、密度、教度、膨胀系数、表面张力等 物理特性：使用冷却剂的方便性和安全性，包括适当的沸点和冰点。对密封产品，要求冷却剂的表面张力低一些。选择尽量高的闽点、憋点和自燃温度，以及尽可能低的易燃性。 电气特性；包括介电强度、体积电阻串、介电常数和损耗因素等。 相容性：与元器件的相容性要好，不产生化学反应，热稳定性好，不易挥发。 经济型：成本要低。 由于传热是一个复杂的过程，涉及的因柬又如此之多来比较各种冷却剂的冷却效果。 3电子产品的蒸发冷却 物质从液态变为气态的过程称为汽化。汽化有两种形式；一种是仅在液体自由表面上进行的汽化称为蒸发，这种蒸发在各种温度下都能发生；另一种不仅在被面，而且在浓体内部同时进行的汽化，这种汽化称为跺脚。不论是蒸发还是沸腾，都需要吸收一定的热量。例如，在一个大气压下，1000g水变成蒸汽要吸收627w的热量(汽化热)。 电子产品的蒸发系统的组成，如图526所示。整个系统由发射管、蒸发锅、冷凝器：水压控制箱、压力连锁开关以及各种管系等主要部件组成。 当置于蒸发锅里的发射管工作时，会将自身耗散的热量传给水，水达到饱和湿度后开始蒸发