一種新型半導體散熱裝置的設計

孟祥冬

【摘 要】隨著科技的發展，越來越多的小型電子產品問世。但是電子元器件在運行時所產生大量的熱量，所以電子產品的散熱關系到電子產品的運行安全和穩定性。本文主要闡述一種新型半導體散熱裝置的設計，該裝置采用風機轉子與散熱翅片結合，均溫片與半導體熱端面相接觸，由散熱銅管把熱量傳導到散熱翅片，散熱裝置在轉子作用下旋轉實現強迫對流，使熱量通過沖壓成型的散熱片傳導至外部。此設計能有效幫助電子元器件的散熱。

【關鍵詞】半導體；散熱裝置

中圖分類號： TN248.4；TP273.5 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）08-0049-002

【Abstract】With the development of technology， more and more small electronic products are coming out. But electronic components generate a lot of heat during operation， so the heat dissipation of electronic products is related to the safety and stability of the operation of electronic products. This paper mainly describes the design of a new type of semiconductor heat radiator. The device combines the fan rotor with the fin of heat dissipation， contact with the hot end of the semiconductor and the heat conduction to the fin. The heat dissipation device rotates the forced opposite flow under the action of the rotor and makes the heat dissipate through the heat sink which carry heat to the outside. This design can effectively help heat dissipation of electronic components.

【Key words】Semiconductor；Heat radiator

0 引言

科技的進步促使當今的終端電子產品集成度越來越高，電子元器件在運行時所產生大量的熱量需要迅速散發到環境中（一般為空氣），才能避免因溫度過高而燒毀電子元器件。對于小型電子及半導體產品而言，其內部空間狹小有限，自然對流散熱的效果比較差。如果僅通過增加翅片數而增加的換熱面積對于改善半導體器件的散熱效果并不顯著，而如果設置獨立的散熱風扇會有效幫助半導體器件散熱但整體體積會比較大。

因此，本文將探討一種新型半導體散熱結構設計。采用風機轉子與散熱翅片結合，均溫片與半導體熱端面相接觸，由散熱銅管把熱量傳導到散熱翅片，散熱裝置在轉子作用下旋轉，實現強迫對流，使熱量通過沖壓成型的散熱片傳導至外部，而新型散熱裝置內圈隔開冷熱端面，內圈底部與發熱電子產品緊密結合，使冷端面對圈內空氣降溫進而降低產品的工作溫度。

1 新型半導體散熱裝置的設計

熱量的傳遞有導熱、對流換熱和輻射換熱三種方式。在半導體制冷片中，三種換熱方式都存在。為了強化傳熱，將散熱翅片進行旋轉進行強迫對流，在同一環境下，風速與散熱量程線性變化。風速越大，其散發的熱量相應加大。

由于半導體體積小，穩定性高的特點。有效利用散熱器每一處的面積尤為重要，本設計的關鍵在于使每一個散熱翅片都在旋轉，促使其與空氣緊密接觸形成有效換熱面，實現快速換熱。散熱器底部面積與芯片大小一致，底部與散熱銅管連接，散熱銅管形成閉環圓圈，與環形翅片散熱器連接，以便使熱量快速傳遞到散熱器頂部。與傳統翅片散熱器相比，新型散熱器體積小，并充分利用了半導體制冷片的優勢，同等散熱面積的情況下，體積小于傳統翅片式，有效換熱面積大于傳統翅片式，見圖1。將散熱器固定在半導體熱源端片上，散熱器和發熱芯片通過導熱硅膠填充，見圖2。在此相對較封閉的環境中，采用新式散熱結構，將熱量大面積散發到外殼表面，然后直接散到空氣中。

2 旋轉散熱翅片沖擊射流的流動結構分析

由旋轉散熱翅片所產生的旋轉射流的流動示意圖如圖3所示， 其沖擊平板的速度場如圖4所示。該流場可分為3個射流區：

1）射流主區： 攜有很大動量、由旋轉散熱翅片產生的旋轉射流區為主體。由于內流高壓區的作用，射流區的軸線AC相對于中軸線AB有外擴傾向。同時，由于翅片的旋轉，噴射氣流沿剪切方向的速度也導致了射流區的外擴。

2）內流區：位于軸流電機下方并被主射流體和沖擊散熱翅片包圍的區域。射流與沖擊散熱翅片撞擊作用產生的大量渦結構，而且二次駐流主要集中在這個區域。

3）外流區： 射流主體與周圍靜止流體發生卷吸作用的區域。該作用也產生大量的渦旋結構。 沖擊散熱片的換熱系數隨著噴射距離的增加而減少，這是由于電機旋轉所噴射出的旋轉流體卷吸大量的周圍靜止流體，致使沿軸流方向速度降低，相應影響沖擊平板上的傳熱效果。

3 小結

本次設計的新型散熱裝置——旋轉散熱翅片本身可以看成一種風扇。該裝置處在射流主區，所有卷入流體均與新型散熱裝置的散熱翅片均勻沖擊，該散熱裝置在射流主區散熱效率最高，散熱性能顯著提高。本設計利用半導體制冷片便攜、壽命長、可移動的特點。特別適用于中高熱量的電子產品中，優化散熱性能，延長產品使用壽命。采用此新式散熱裝置能夠有效改善電子元器件的散熱。

【參考文獻】

[1]隋丹，金東范，徐明龍，盧天健.軸流風扇沖擊射流的流動和傳熱特性[C].2007年傳熱傳質學學術會議論文集，2007，1590-1595.