2006年第22卷第4期 电子机械工程 2006 Vol 22 No 4 Electro- M echan ial Eng neerig 散热器优化设计 崔万新,韩宁,段宝岩,马伯渊 (西安电子科技大学机电工程学院,陕西西安710071) 摘要:采用针肋式散热器对密封电子设备进行自然冷却时,为了获得最佳温度场主要相关参数的取 值,运用正交试验的方法,对肋厚肋长肋高三要素进行优化设计。结果表明,该方法不仅能够得到参 数的最佳组合,而且可以确定其对温度影响的敏感度 关键词:散热器;正交试验;优化设计 中图分类号:N30594文献标识码:A文章编号:1008-5300(2006)04-0007-03 Optm ized design of Heat sink CU IW an-xn, HAN Nng, DUAN Bao-yan, MA Bo-yuan (School of Mechan ical and E lectron ic Eng ineering, Xidian University, Xi'an 710071, China, Abstract: In order to obtain op tmal temperature field, the main re levant parameters of the heat sink need to e deem ined, when using p in- fin type heat sink in self-cooling techn ique for sealed electonic equpment The orthogonal experment app oach of op tm izing the p in dep th, pin length, and p in height of the heat sink was app lied The results show that this me thod can get op tmal com bination of these parameters, and deter m ine the sensitivity of the parameters b temperature Key words: heat sink; orthogonal experment op tm ized design 0引言 响系统电气运行的液体中,通过传导和对流将热量直 接传给液体,适用于体积功率密度较高的电子元器件 电子设备的主要失效形式是热失效。随着温度的或部件,也适用于那些必须在高温环境条件下工作、且 增加,其失效率呈指数增长趋势口。据研究,电子设元器件与被冷却表面之间的温度梯度又很小的部件 备的失效有55%是温度超过规定的值引起的。因 (3)蒸发冷却方法。电子元件耗散的热量将液体 此,对电子设备而言,即使是降低1℃也将使设备的失沸腾产生蒸汽而放出热量,适用于体积功率密度很高 效率降低一个可观的量值,这对可靠性高的电子系统的元器件或部件; 尤为重要。 (4)热电制冷方法由载流子流过半导体节点时 势能的变化而引起的能量传递,适用于不需要外界动 1密封式电子设备热控制方法 力而产生负热阻的制冷技术 (5)热管技术。由于采用了相变传热,因此是 电子设备的热控制,首先从确定元器件或设备的种传热效率很高的导热器件热管使用时关键是减小 冷却方法开始。冷却方法的选择直接影响元器件或设两端接触界面上的热阻 备的组装设计、可靠性、重量和成本等。对于密封式电 由于环境适应性的要求,一些产品要求小型化 子设备的热控制可采用下面几种方法 重量轻、抗高低温、耐湿热和高强度,这就决定了机箱 (1)自然冷却方法。通过导热、自然对流和辐射为全密封机箱,且散热设计以导热方式为主。由此考 换热的单独作用或两种以上换热形式的组合进行冷虑可确定各设计环节:RB优化设计、导热板设计和机 却 箱外壳散热设计以。文中则讨论机箱外壳散热设计 (2)直接液体冷却方法。使电子元件浸没在不影中的针肋散热器设计和优化。 收稿日期:2006-01-12 C1994-2009chinaAcademicournalElectronicPublishingHouseallrightsreservedhttp://nn.cnki.ner散热器优化设计 3 崔万新 ,韩 宁 ,段宝岩 ,马伯渊 ( 西安电子科技大学机电工程学院 , 陕西 西安 710071) 摘 要 :采用针肋式散热器对密封电子设备进行自然冷却时 ,为了获得最佳温度场主要相关参数的取 值 ,运用正交试验的方法 ,对肋厚、肋长、肋高三要素进行优化设计。结果表明 ,该方法不仅能够得到参 数的最佳组合 ,而且可以确定其对温度影响的敏感度。 关键词 :散热器 ;正交试验 ;优化设计 中图分类号 : TN305. 94 文献标识码 : A 文章编号 : 1008 - 5300 (2006) 04 - 0007 - 03 Optimized Design of Heat Sink CU IW an2xin, HAN N ing,DUAN Bao 2yan,MA Bo 2yuan (School of M echan ical and Electronic Eng ineering, X idian U niversity, X i′an 710071, China) Abstract: In order to obtain op timal temperature field, the main relevant parameters of the heat sink need to be determ ined, when using p in - fin type heat sink in self2cooling technique for sealed electronic equipment. The orthogonal experiment app roach of op tim izing the p in dep th, p in length, and p in height of the heat sink was app lied. The results show that this method can get op timal combination of these parameters, and deter2 m ine the sensitivity of the parameters to temperature. Key words: heat sink; orthogonal experiment; op tim ized design 0 引 言 电子设备的主要失效形式是热失效。随着温度的 增加 ,其失效率呈指数增长趋势 [ 1 ]。据研究 ,电子设 备的失效有 55%是温度超过规定的值引起的 [ 2 ]。因 此 ,对电子设备而言 ,即使是降低 1℃也将使设备的失 效率降低一个可观的量值 ,这对可靠性高的电子系统 尤为重要 [ 3 ]。 1 密封式电子设备热控制方法 电子设备的热控制 ,首先从确定元器件或设备的 冷却方法开始。冷却方法的选择直接影响元器件或设 备的组装设计、可靠性、重量和成本等。对于密封式电 子设备的热控制可采用下面几种方法 : (1)自然冷却方法。通过导热、自然对流和辐射 换热的单独作用或两种以上换热形式的组合进行冷 却 ; (2)直接液体冷却方法。使电子元件浸没在不影 响系统电气运行的液体中 ,通过传导和对流将热量直 接传给液体 ,适用于体积功率密度较高的电子元器件 或部件 ,也适用于那些必须在高温环境条件下工作、且 元器件与被冷却表面之间的温度梯度又很小的部件 ; (3)蒸发冷却方法。电子元件耗散的热量将液体 沸腾产生蒸汽而放出热量 ,适用于体积功率密度很高 的元器件或部件 ; ( 4)热电制冷方法。由载流子流过半导体节点时 势能的变化而引起的能量传递 ,适用于不需要外界动 力而产生负热阻的制冷技术 ; (5)热管技术。由于采用了相变传热 ,因此是一 种传热效率很高的导热器件 ,热管使用时关键是减小 两端接触界面上的热阻。 由于环境适应性的要求 , 一些产品要求小型化、 重量轻、抗高低温、耐湿热和高强度 ,这就决定了机箱 为全密封机箱 ,且散热设计以导热方式为主。由此考 虑可确定各设计环节 : PCB优化设计、导热板设计和机 箱外壳散热设计 [ 5 ]。文中则讨论机箱外壳散热设计 中的针肋散热器设计和优化。 7 2006年第 22卷第 4期 2006. Vol. 22 No. 4 电 子 机 械 工 程 Electro - M echan ica l Eng ineer ing 3 收稿日期 : 2006 - 01 - 12 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net