电子散热器技术手册

[size=16px][color=#990000][b]摘要：膜辅助相变散热器（MHS）作为一种新型高效冷却技术正逐渐成为研究热点，其中的真空压力和温度控制是有效实施MHS技术的关键因素，为此本文提出了相应的解决方案。解决方案的核心内容是同时为MHS工作液体提供准确的高压压力控制和为MHS沸腾蒸发提供低压真空度控制，另外解决方案还包含了MHS隔膜的渗透性测试方法和测试装置结构，包含了MHS冷却能力和传热系数测量装置。[/b][/color][/size][align=center][size=16px][color=#990000][b]============================[/b][/color][/size][/align][size=18px][color=#990000][b]1. 项目背景[/b][/color][/size][size=16px] 高功率密电子设备的激增催生了高性能计算及其数据中心的发展，由此带来的需求是开发高性能的散热器。目前，普遍都采用比空气冷却效果更好的水冷和浸没式液冷的单相散热技术，而随着功率密度的快速增加和电子设备的小型化要求更高的冷却效率。当前高效冷却的研究领域之一是具有更高传热系数的相变散热，这样每单位工作流体质量流量可移除更多热量，且可以提高散热面积上的温度均匀性。[/size][size=16px] 目前出现一种膜辅助相变散热器（MHS）技术，其沸腾冷却工作原理如图1所示，水作为冷却过程的工作流体，采用薄膜将液体和蒸汽分离。蒸汽空间压力（P蒸汽）为16kPa，对应于饱和温度55℃。此冷却技术的临界热流极限（CHF）随着传热面积比和液体空间压力（P水压）的增加而增加，据报道在具有3.45的增大面积比的表面上的最大CHF为670W/cm2，获得的传热系数高达1MW/m2K。[/size][align=center][size=16px][color=#990000][b][img=膜辅助散热器压差下渗透膜蒸汽排出冷却原理图,550,167]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/09/202309201758191124_9322_3221506_3.jpg!w690x210.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#990000][b]图1 膜辅助散热器压差下渗透膜蒸汽排出冷却原理图[/b][/color][/size][/align][size=16px] 如图1所示，与具有液体入口和两相流出口的传统散热器不同，MHS仅包含一个液体入口，工作液体通过该入口以压力P水压供应到散热面。放置在散热面上方的疏水蒸汽渗透膜允许蒸汽从液体池中排出。[/size][size=16px] MHS这种独特的设计将沸腾的液体限制在散热器内表面，并对气泡产生全方位的压力。随着气泡的足够生长，在加热器内表面和膜之间建立了蒸汽桥，导致膜上的液体接触线减少（由于膜的疏水性），将气泡从加热器表面拉出和排出。由此可见，膜的渗透性和压差决定了蒸汽流过膜的速率，而压差太大则会导致膜破裂，这样使得MHS工作机理及其散热能力的研究评价主要内容是膜渗透性测量装置和膜辅助散热器装置的搭建，其中关键涉及到真空压力和温度的精密控制技术。为此本文针对压力和温度的准确控制提出了完整的解决方案。[/size][size=18px][color=#990000][b]2. 解决方案[/b][/color][/size][size=16px][color=#990000][b]2.1 膜渗透性测量装置[/b][/color][/size][size=16px] 薄膜渗透性测量装置如图2所示，测量装置包括测试腔室、调压器、质量流量控制器、压力计、真空计、电动针阀、双通道真空压力控制器和真空泵。测试腔室由不锈钢制成，由上腔室、下腔室和观察窗组成。被测薄膜固定在下室上，测试流体进入上腔室，穿过隔膜流入下部腔室，通过真空泵抽气流出下腔室。[/size][align=center][size=16px][color=#990000][b][img=薄膜渗透性测量装置结构示意图,600,316]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/09/202309201758468846_1005_3221506_3.jpg!w690x364.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#990000][b]图2 薄膜渗透性测量装置结构示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px] 在每次测试中，通过双通道真空压力控制器，并结合相应的压力传感器和真空度传感器，自动调节腔室入口处的调压器使上腔室恒定在设定压力，自动调节下腔室出口处的电动针阀使下腔室恒定在设定真空度，由此使得被测隔膜两侧达到所需的测试压差，根据压力、真空度、压差和流速可计算得到薄膜的渗透率。[/size][size=16px][color=#990000][b]2.2 膜辅助相变散热器试验装置[/b][/color][/size][size=16px] 膜辅助相变散热器试验装置的作用是用来研究不同散热器微结构、薄膜特性和真空压力等条件下的散热能力以及对传热系数进行测量，整个装置的结构如图3所示。MHS放置在一个不锈钢耐压腔室内，腔室两侧相对的法兰上安装有光学观察窗。[/size][align=center][size=16px][color=#990000][b][img=膜辅助相变散热器试验装置结构示意图,650,359]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/09/202309201759137821_6145_3221506_3.jpg!w690x382.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#990000][b]图3 膜辅助相变散热器试验装置结构示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px] MHS结构与图1近似，只是在散热面处布置了薄膜加热器和温度传感器，加热器和温度传感器引线连接到腔室外的温度控制器上以控制散热面温度和热流密度。[/size][size=16px] 真空压力控制原理和结构与图2近似，即往腔室内通入高压气体使腔内压力按照设定值进行控制，MHS内的真空度也同样进行自动控制以使内部液体处于饱和条件（如16kPa绝对压力）。[/size][size=16px] 冷却过程中采用去离子水作为工作液体，液体通过腔室内的压力被压入MHS中，从MHS排出的蒸汽流经帕尔贴TEC蒸汽冷却器成为液体后再流回腔室，由此形成工作液体的循环。此蒸汽冷却器采用了专用的TEC控制器进行温度控制。[/size][size=16px] 在实验过程中，首先对MHS内的真空度进行控制，然后通过加热器向MHS散热面供热，同时将腔室内部的工作压力保持恒定，在此压差恒定条件下测量得到相应的冷却温度和热流密度。如果施加的热流以步进或线性方式逐渐增加，直到观察到温度突然升高，那么该温度点时的热流就是此特定压差下的临界热流极限CHF（critical heat flux limit）。[/size][size=18px][color=#990000][b]3. 总结[/b][/color][/size][size=16px] 膜辅助相变散热器（MHS）作为一种新型高效冷却技术正逐渐成为研究热点，本文提出的解决方案为MHS的研究提供了宽范围真空压力和控温精密控制的可能性，为MHS的深入研究和冷却性能考核评价提供了有效的技术支撑。[/size][align=center][b][color=#990000][/color][/b][/align][align=center][b][color=#990000]~~~~~~~~~~~~~~~[/color][/b][/align][size=16px][/size]

散热器恒温恒湿箱属于精密的检测设备,我们在使用过程中为保证精确的实验结果,我们应规范操作,本章小编为用户一一列出散热器恒温恒湿箱的正确操作方式：　　首先,我们应提供额定电压范围內的电源以避免设备发生故障。　　第二,在安装、接线完毕之前不允许接通电源,防止触电或产生误动作和故障。　　第三,恒温恒湿试验下个不能对有可燃或爆炸性气体进行使用。　　第四,散热器恒温恒湿箱接线必须正确,一定要进行接地。不接地有可能造成错误动作事故、触电、显示不正常或测量有较大误差的情况;。　　第五,安装设备时注意不要让灰尘、线头、铁屑或其他物品进入。　　第六,需保持设备的通风口畅通。　　第七,若发设备设备变形或损坏应停止使用。　　第八,使用过程中电源入力端子盖必须安装在端子板上以防触电。　　第九,擦试仪表时不允许使用酒精、汽油或其他有机溶剂,请使用干布。不要把水濺到仪表上,如果仪表浸入水中,请立即停止使用,否則有漏电、触电或火灾的危险。　　言而总之,散热器恒温恒湿箱需定期进行保养和维护,一般寿命为7-10年,若保养得当可以延长设备使用寿命。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/03/201703221657_01_3081755_3.jpg

通常，冷水机使用一段时间后，会因积尘严重导致机器内部部件散热不好，从而影响了制冷效果，此时，特域冷水机会出现高温报警。 冷水机内部的冷凝器和两侧防尘网是积尘的重灾区，我们需要逐步对其进行清洁。1.打开冷水机钣金外壳，用吹气工具对着冷凝器间隙来回吹走灰尘2.拆下冷水机两侧防尘网3.用水枪清洗防尘网、晾干4.重新装回上钣金http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/08/201508211538_562002_3616_3.jpg

[b]高温试验箱[/b]环境温度受电路功率影响、老化板位置的变化、烘箱网速变化等因素的影响导致箱内温度场的变化。箱内温度场的剧烈变化会影响产品的正常老化试验，形成过应力，严重时会导致电路故障。对影响设备的温度因素进行了试验监测和分析，找出了影响温度的主要原因和规律，采取了更好的散热措施，防止老化电路过温故障。[align=center][img=,600,600]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210131704521509_660_1760631_3.jpg!w600x600.jpg[/img][/align]　　1、高温试验箱内的温场变化受老化电路功率和散热能力（风速）的影响。设备不仅控制电路的功率，而且改变了电路的布置。下层尽可能填充电路，逐渐从下层降低电路功率，形成功率梯度，与试验箱风速一致，达到散热目的。　　2、试验箱采用电热高温干燥试验箱，风源来自底部。由于试验箱承载板和老化板，风速由下而上逐渐降低。根据试验箱风速的特点，老化板的放置方向可与试验箱风向一致，增加通风面积，减少风速屏障，增强高温试验箱的散热功能。　　3、根据改进措施结合功率器件DC/DC电源为测试对象，温度设置为80℃，测试电路功率65W(1个)逐渐增加到520W(8个)高温试验箱电路功率520W比设定温度高5.6℃，符合国家标准要求(8)℃或8%)。

仪器或配套电脑里面的散热风扇出现运转噪声或转速下降，多为润滑不良引起，可以卸下风扇通过下面的维护保养方法排除故障，很容易，一看即懂，一点即透。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/01/201701191701_668993_2156493_3.png DC小散热风扇和AC大散热风扇 仪器散热风扇的型号较多，常见有DC（直流）5V、12V、24V和AC（交流）220V等型号。直流散热风扇外形体积较小，拆卸安装较为容易，交流散热风扇外形体积相对直流散热风扇较大，拆卸安装相比直流小散热风扇难度大一些。1、所需工具http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016072910452443_01_2156493_3.png 无水乙醇、电机润滑脂、洗耳球、大小镊子、小剪刀、小起子、脱脂棉、电吹风。2、D C小散热风扇拆卸、涂润滑脂和安装http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016072910453347_01_2156493_3.png 用电吹风均匀加热风扇上商标贴纸（加热可以软化贴纸上胶，方便拆下和安装）http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016072910483402_01_2156493_3.png 加热后揭开商标贴纸http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016072910483878_01_2156493_3.png 揭开商标贴纸后，可以看到白色有缺口的聚四氟卡垫 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016072910484633_01_2156493_3.png 用镊子或小起子对准卡垫缺口撬下聚四氟卡垫http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016072910581677_01_2156493_3.png 对准卡垫缺口撬下白色聚四氟卡垫，这个不难，卸2、3次就可熟练掌握了http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016072910582748_01_2156493_3.png 卸下的白色带缺口聚四氟卡垫图片http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016072910585232_01_2156493_3.png不要用手拽卸扇叶（运转时间长的有些扇叶稍一用力就会掉下一片扇叶），拿起风扇距桌面30mm左右，用镊子或小起子往下推即可卸下扇叶。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016072911045807_01_2156493_3.png 用乙醇棉球擦净扇叶（动作要轻）、轴和后轴座http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016072911050664_01_2156493_3.png 用乙醇棉球擦净扇叶（动作要轻）、轴和前轴座http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016072911051304_01_2156493_3.png 风扇轴涂润滑脂http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016072911073113_01_2156493_3.png 前轴座涂润滑脂http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016072911073814_01_2156493_3.png 装上扇叶，用镊子或两个小起子安装白色卡垫，安装比拆卸还容易。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016072911074761_01_2156493_3.png 装好卡垫后再涂润滑脂http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016072911115718_01_2156493_3.png 擦净风扇商标贴纸部位http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016072911120281_01_2156493_3.png 最后装上风扇商标贴纸，DC小散热风扇维护保养完成3、AC220V散热风扇的拆卸、涂脂和安装 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016072911121050_01_2156493_3.png 用电吹风对准风扇上商标贴纸均匀加热http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016072911144533_01_2156493_3.png 加热后一点点揭开风扇商标贴纸http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016072911145242_01_2156493_3.png 揭开贴纸可以看到橡胶密封垫http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016072911145912_01_2156493_3.png 用镊子取下橡胶密封垫http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016072911171805_01_2156493_3.png 卸下橡胶密封垫擦净轴座，可以看到黑色钢卡垫http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016072911172432_01_2156493_3.png 放大后黑色钢卡垫图片http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016072911173191_01_2156493_3.png带上眼镜，用小剪刀对准开口部位，

导热胶粘剂常用于各种电子封装器件中以提高器件的散热功能，为了深入了解导热胶粘剂在粘贴器件时的连接效果，采用微观分析手段对涂敷了导热胶粘剂的电子封装器件进行了观测，其中电子器件材料为Si，散热器件为铝，硅铝两个表面之间采用导热胶粘剂连接，导热胶粘剂为填充了银粉的环氧树脂材料，采用扫描电子显微镜进行微观分析。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2015060709310665_01_3384_3.png图1. 硅芯片、散热器和导热胶粘剂三者构成的接触面整体横截面图 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/06/201506070934_549032_3384_3.png图2. 硅芯片和TIM接触边界上的气孔从以上微观分析照片中可以看出，在导热胶与散热器铝表面之间存在空隙，在导热胶固化成固体后，空隙更加明显。

高低温试验箱行业内保证均匀度的波动的方法都是采用风循环模式，由电机带动风机产生风循环从而形成风速流向，无强迫空气循环的试验是模拟自由空气条件影响的一种试验，较适用于散热试验样品的测试。[img=,690,286]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/10/201910181704432856_7728_3254213_3.jpg!w690x286.jpg[/img] 有强迫空气循环的试验是当不采用强迫空气循环就难于或不能保证规定的试验条件时，可用有强迫空气两种方法。方法用于试验箱大到可不用强迫空气循环也能满足试验要求，但在箱内不用强迫空气循环就不能保持规定的低温时，高低温试验箱的制冷或加热要求采用强迫空气循环时。文章来源：东莞瑞凯仪器