电子器件冷却技术概况与进展

电子器件冷却技术概况与进展 1．引言随着科技的发展，人们平时生活普遍用电子产品。这些给人们带来了很大的方便。所以人们现在最热门研究科目之一就是电子产品的性能提高。电子器件的冷却是非常重要的。由于高温导致的实效在所有电子设备是小中所占的比例大于50%，传热问题甚至成为电力电子装置向小型化发展的瓶颈。电子器件用于电子计算机容量和速度的快速发展以及导弹，卫星，宇宙探索和军用雷达等等。这些对高性能模块和高可靠大功率器的要求，一方面器件的特征尺寸愈小愈好，已从微米量级向亚微米发展；另一方面器件的集成度持续快速增加。空间微尺度和时间微尺度条件下的流动和传热问题的研究显得十分重要。传热是最普遍的一种自然现象。几乎所有的工程领域都会遇到一些在特定条件下的传热问题，包括有传质同时发生的复杂传热问题。现代科学技术突飞猛进，传热学的工程应用研究也已跨越传统的能源动力，工艺过程节能的范畴，在材料

的制备和加工、航天技术的发展、信息器件的温控、生物技术、医学、环境净化与生态维护、以及农业工程化、军备现代化等不同领域都有所牵涉。特别是高技术的迅猛发展，正面临着温度场、速度场、浓度场、电磁场、光场、声场、化学势场等各种场相互耦合下的热量传递过程和温度控制，从而使传热学迅速发展为当今技术科学中了解各种热物理现象和创新相应技术的重要基础学科。现就电子器件冷却方面的传热学最新研究动态作简要的介绍。 2．冷却技术（1）微通道冷却技术微通道换热器是指在基体上用光刻或其它刻蚀法制成截面尺寸仅有几十到上百微米的槽道,换热介质在这些小槽道中流过与换热器基体并通过基体与别的换热介质进行换热. 换热器的基体材料可以是金属、玻璃、硅或其它任何合适的材料. 这种换热器的突出优点是: ①?? 热系数大,换热效果很好。由于几何尺寸极小,流体流过通道时的流动状态与常规换热器有很大区别。雷诺数一般增大一个数量级,因而换热系数明显增大. 换热介质与基体之间温差很小。②?? 体积很小,特别

适合电子器件的冷却。③?? 制造工艺采用电子器件制造工艺,有利于降低成本、批量生产。

④?? 由于换热介质与基体间温差小,槽道间距离短,所以基体本身的导热系数对总的换热导数影响小,所以,基体导热系数差一些也影响不大,因此可以选用多种材料作换热器。

（2）喷水冷却喷水冷却芯片技术是由美国惠普公司科学家提出的给芯片喷水降温的新技术给芯片加上防水的保护膜，利用芯片内置的热传感器，与喷头配合，就能恰如其分地给不同的芯片喷洒适量的微小水滴，水遇热蒸发，使芯片降温，水蒸气则被回收到喷头内部，进行循环在利用。初步研究发现，这种方法不仅能有效地疏散热量，还可以通过控制那些喷嘴工作的方法，对芯片不同的部分进行不同程度的冷却，目前研究者正在对这种方法进行更严格的试验（3）集成热路由微通道冷凝器、微泵驱动、微喷射蒸发器组成的一个闭环冷却系统,这是种模块化微机械硅散热系统,研究者把它称为“集成热路”对应于集成电路. 这种叫法反映了现今从系统上考虑解决IC 及其它电子器件的散热与热管

理问题,同时又从微观上,从热的原头上解决热问题的思路. 针对电力电子器件(例如IGBT) 研究的大功率集成热路,目标要达到散热流密度600W/cm2 . 有的研究者理论计算的散热能力可达1kW/ cm2 . （4）新型热管传热技术热管已广泛用于电子冷却领域. 由于它传热温差小,传热量大,不需泵送传热介质,在电力电子器件,航空电子装置上已成熟使用.针对微电子器件和多芯片组件体积小特点,开发了一种埋入式微型陶磁热管. 在芯片衬底里埋数个微热管,热管内注水,热管中毛细作用的芯是陶磁材料制成的,轴向开槽. 制作工艺与现在的芯片衬底制造工艺完全兼容. 这种热管导热系数比导热系数很高的金刚石还要好,更比现有的衬底材料导热系数导热系数好得多. 笔记本电脑中的CPU 冷却已有相当一部分用微型热管,一般直径 3 毫米左右,它与现有的风扇加热沉结构相比有明显的优点 ,针对电子冷却的特定要求,已开发了重力附助热管柔性回路热管,平板型电子冷却热管,微型空气对空气换热管等多种. （5）平板热管散热器散热板是一种具有高导热率的平板，它将芯片上形成的高密集度

热量扩散到整个散热器底板上。因为不均匀的能量分布不仅会导致芯片表面上形成无规则的高分布点，同时也限制了热源的尺寸，作为一种有效的导热方式的导热板对设计改善具有不均匀能量分布的芯片有很重要的意义。本实验研究采用的是将与散热器底面积尺寸相同的平板热管嵌入到铜质散热器底面。（6）热电冷却热电制冷技术是基于Pehier效应实现的。在两种不同金属组成的闭合线路中，若通以

直流电，就会使一个节点变冷而另一节点变热，这种

现象称为P ehi er效应，亦称温差电效应。由于半导

体材料内部结构的特点，其温差电效应较之其它金属

显著得多。现在广泛应用的热电材料多以掺杂Bi、T

e半导体合金材料为主。(7) 热电离子冷却与热电方法相比，基于热离子换能效应的冷却办法是

将异质结构集成热离子(HIT)制冷器与光电子器件合为

一体。这些薄膜制冷器利用热电子在一层异质结构势

垒层上有选择地发射来进行制冷。这种冷却器件的优

点在于热质量较小，冷却响应非常快。可以采用标准

的集成电路批量制备技术加工，而制冷功率密度可发生显著增加（8) 纳米级气流冷却它利用空气分子电离来产生纳米级气流的新颖冷却技术，该技术

电子元器件行业现状

1、电子元器件行业现状 我国电子元件的产量已占全球的近39％以上。产量居世界第一的产品有：电容器、电阻器、电声器件、磁性材料、压电石英晶体、微特电机、电子变压器、印制电路板。 伴随我国电子信息产业规模的扩大，珠江三角洲、长江三角洲、环渤海湾地区、部分中西部地区四大电子信息产业基地初步形成。这些地区的电子信息企业集中，产业链较完整，具有相当的规模和配套能力。 我国电子材料和元器件产业存在一些主要问题：中低档产品过剩，高端产品主要依赖进口；缺乏核心技术，产品利润较低；企业规模较小，技术开发投入不足。 2、电子元器件行业发展趋势 技术发展趋势 新型元器件将继续向微型化、片式化、高性能化、集成化、智能化、环保节能方向发展。 市场需求分析 随着下一代互联网、新一代移动通信和数字电视的逐步商用，电子整机产业的升级换代将为电子材料和元器件产业的发展带来巨大的市场机遇。 我国“十一五”发展重点 我国《电子基础材料和关键元器件“十一五”专项规划》重点强调新型元器件、新型显示器件和电子材料作为主要分产业的发展目标。 注：上表所列信息与数据引自商务部网站、国研网、统计局网站 3、阿里巴巴关于“电子元器件”买家分布情况 在alibaba买家分布中，广东、浙江、江苏买家数占78%，其市场开发潜力巨大。 4、阿里巴巴电子元器件企业概况

目前通过阿里巴巴搜索“电子元器件”有43533310条产品供应信息，这些企业中有很多实现了从做网站、做推广、找买家，谈生意、成交等一站式的业务模式。当前有效求购“电子元器件”的信息已达到50536条（数据截止2008-10-23）。 阿里巴巴部分电子元器件行业企业 公司名称合作年限公司名称合作年限深圳市百拓科技有限公司 3 靖江市柯林电子器材厂 6 深圳赛格电子市场广发电子经营部 4 乐清市东博机电有限公司 6 镇江汉邦科技有限公司7 温州祥威阀门有限公司 6 无锡市国力机电工程安装有限公司 5 上海纳新工业设备有限公司 6 深圳市恒嘉乐科技有限公司 6 天津市天寅机电有限公司科技 开发分公司 6 厦门振泰成科技有限公司 6 常州市武进坂上继电器配件厂 6 5、同行成功经验分享 公司名：佛山市禅城区帝华电子五金制品厂——一个“很有想法”的诚信通老板主营产品：16型电位器;开关电位器;调光电位器;调速电位器;直滑式电位器等加入诚信通年限：第4年 佛山市禅城区帝华电子五金制品厂的董仁先生是一个“很有想法”的老板，虽然公司成立的时间不长，但是有很多经营理念。董先生是很健谈的人，据他介绍，帝华电子是以生产进口碳膜电位器和五金批咀的专业厂家，加入阿里巴巴诚信通已有两年时间。对于加入诚信通的目的，董先生的解释比较独特：“我们的产品属于电子设备及家用电器的元器件，和终端消费者没有直接的联系，就是把我们的产品扔两箱在大街上，扫大街的都没人要。而且我们的销售方式和普通厂家也不太一样，我们在国际国内都有销售办事处，同时还采用配套享受的形式。因此，我们加入诚信通并不是希望直接获得订单，而是想通过阿里巴巴的巨大知名度来提升我们公司的知名度，要让相关客户都知道中国有我们这样一个生产进口碳膜电位器和五金批咀的专业厂家。” 对于经营管理上的困难，董先生直言不讳：“当然，我们现在也遇到不少的困难，最困扰我的两个主要问题一是运输物流，二是生产。到现在我还没找到值得信赖和长期合作的物流公司，公司产品的运输经常得不到保证。现在阿里巴巴的网络交易渠道和交易方式已经很完善，我们也迫切希望阿里巴巴能提供物流服务。另一方面，最关键是生产上的问题，我们的生产往往赶不上订单的速度，这两个问题我正在努力解决中。” 对于公司今后的长远发展，“我们现在还属于生产元器件的厂家，随着公司的壮大，今后我们还将向半成品和终端消费品发展，我希望我们能形成终端消费品和相关的配套产业一条龙生产。”董先生显得踌躇满志。

常用电力电子器件特性测试

实验二：常用电力电子器件特性测试 （一）实验目的 （1）掌握几种常用电力电子器件（SCR、GTO、MOSFET、IGBT）的工作特性；（2）掌握各器件的参数设置方法，以及对触发信号的要求。 （二）实验原理 图1.MATLAB电力电子器件模型 MATLAB电力电子器件模型使用的是简化的宏模型，只要求器件的外特性与实际器件特性基本相符。MATLAB电力电子器件模型主要仿真了电力电子器件的开关特性，并且不同电力电子器件模型都具有类似的模型结构。 模型中的电阻Ron和直流电压源Vf分别用来反映电力电子器件的导通电阻和导通时的门槛电压。串联电感限制了器件开关过程中的电流升降速度，模拟器件导通或关断时的动态过程。MATLAB电力电子器件模型一般都没有考虑器件关断时的漏电流。 在MATLAB电力电子器件模型中已经并联了简单的RC串联缓冲电路，在参数表中设置，名称分别为Rs和Cs。更复杂的缓冲电路则需要另外建立。对于MOSFET模型还反并联了二极管，在使用中要注意，需要设置体内二极管的正向压降Vf和等效电阻Rd。对于GTO和IGBT需要设置电流下降时间Tf和电流拖尾时间Tt。 MATLAB的电力电子器件必须连接在电路中使用，也就是要有电流的回路，

但是器件的驱动仅仅是取决于门极信号的有无，没有电压型和电流型驱动的区别，也不需要形成驱动的回路。尽管模型与实际器件工作有差异，但使MATLAB电力电子器件模型与控制连接的时候很方便。MATLAB的电力电子器件模型中含有电感，因此具有电流源的性质，所以在模块参数中还包含了IC即初始电流项。此外也不能开路工作。 含电力电子模型的电路或系统仿真时，仿真算法一般采用刚性积分算法，如ode23tb、ode15s。电力电子器件的模块上，一般都带有一个测量输出端口，通过输出端m可以观测器件的电压和电流。本实验将电力电子器件和负载电阻串联后接至直流电源的两端，给器件提供触发信号，使器件触发导通。 （三）实验内容 （1）在MATLAB/Simulink中构建仿真电路，设置相关参数。 （2）改变器件和触发脉冲的参数设置，观察器件的导通情况及负载端电压、器件电流的变化情况。 （四）实验过程与结果分析 1．仿真系统 Matlab平台 2．仿真参数 （1）Thyristor参数设置： 直流源和电阻参数：

电子元器件分销的发展

第一部分元器件销售模式的发展 了解元器件销售模式的发展，首先需要了解基本器件的发展、基本器件应用的发展和商务平台的发展，因为当一种产品只有规模足够大到成为一个产业并在原有模式上前进缓慢的时候，才会形成分工。 基本器件的发展经历了两个阶段。 ●分立元件阶段（1905～1959）真空电子管、半导体晶体管 第一代电子产品以电子管为核心。四十年代末世界上诞生了第一只半导体三极管，它以小巧、轻便、省电、寿命长等特点，很快地被各国应用起来，在很大范围内取代了电子管。五十年代末期，世界上出现了第一块集成电路，它把许多晶体管等电子元件集成在一块硅芯片上，使电子产品向更小型化发展。 集成电路从小规模集成电路迅速发展到大规模集成电路和超大规模集成电路，从而使电子产品向着高效能低消耗、高精度、高稳定、智能化的方向发展。 电子管时代（1905～1947的主要大事记： 1905年爱因斯坦阐述相对论——E＝mc2 1906年亚历山德森研制成高频交流发电机 德福雷斯特在弗菜明二极管上加栅极，制威第一只三极管 1912年阿诺德和兰米尔研制出高真空电子管 1917年坎贝尔研制成滤波器 1922年弗里斯研制成第一台超外差无线电收音机 1934年劳伦斯研制成回旋加速器 1940年帕全森和洛弗尔研制成电子模拟计算机 1947年肖克莱、巴丁和布拉顿发明晶体管；香农奠定信息论的基础 晶体管时代（1948～1959）的主要大事记： 1947年贝尔实验室的巴丁、布拉顿和肖克莱研制成第一个点接触型晶体管1948年贝尔实验室的香农发表信息论的论文 英国采用EDSAG计算机，这是最早的一种存储程序数字计算机 1949年诺伊曼提出自动传输机的概念 1950年麻省理工学院的福雷斯特研制成磁心存储器 1952年美国爆炸第一颗氢弹 1954年贝尔实验室研制太阳能电池和单晶硅 1957年苏联发射第一颗人造地球卫星 1958年美国得克萨斯仪器公司和仙童公司宣布研制成第一个集成电路 基本的分立器件 电容器电阻器晶体管电池线圈 ●集成电路阶段（1959～）SSI、MSI、LSI、VLSI、ULSI 自1958年第一块集成元件问世以来，集成电路已经跨越了小、中、大、超大、特大、巨大规模几个台阶，集成度平均每2年提高近3倍。随着集成度的提高，器件尺寸不断减小。 1985年，1兆位ULSI的集成度达到200万个元件，器件条宽仅为1微米；1992年，16兆位的芯片集成度达到了3200万个元件，条宽减到0.5微米，而后的64兆位芯片，其条宽仅为0.3微米。 发展图表如下。 基本器件应用的发展, 电子元器件的应用代表产品为计算机，计算机的发展推动了电子元器件产业的发展。伴随着电子技术 的发展而飞速发展起来的电子计算机经历了四个阶段。 ●第一代（1946～1957）电子管计算机

电子封装的现状及发展趋势

电子封装的现状及发展趋势 现代电子信息技术飞速发展,电子产品向小型化、便携化、多功能化方向发展.电子封装材料和技术使电子器件最终成为有功能的产品.现已研发出多种新型封装材料、技术和工艺.电子封装正在与电子设计和制造一起,共同推动着信息化社会的发展 一．电子封装材料现状 近年来,封装材料的发展一直呈现快速增长的态势.电子封装材料用于承载电子元器件及其连接线路,并具有良好的电绝缘性.封装对芯片具有机械支撑和环境保护作用,对器件和电路的热性能和可靠性起着重要作用.理想的电子封装材料必须满足以下基本要求: 1)高热导率,低介电常数、低介电损耗,有较好的高频、高功率性能; 2)热膨胀系数(CTE)与Si或GaAs芯片匹配,避免芯片的热应力损坏;3)有足够的强度、刚度,对芯片起到支撑和保护的作用;4)成本尽可能低,满足大规模商业化应用的要求;5)密度尽可能小(主要指航空航天和移动通信设备),并具有电磁屏蔽和射频屏蔽的特性。电子封装材料主要包括基板、布线、框架、层间介质和密封材料. 1.1基板 高电阻率、高热导率和低介电常数是集成电路对封装用基片的最基本要求,同时还应与硅片具有良好的热匹配、易成型、高表面平整度、易金属化、易加工、低成本并具有一定的机械性能电子封装基片材料的种类很多,包括:陶瓷、环氧玻璃、金刚石、金属及金属基复合材料等.

1.1.1陶瓷 陶瓷是电子封装中常用的一种基片材料,具有较高的绝缘性能和优异的高频特性,同时线膨胀系数与电子元器件非常相近,化学性能非常稳定且热导率高随着美国、日本等发达国家相继研究并推出叠片多层陶瓷基片,陶瓷基片成为当今世界上广泛应用的几种高技术陶瓷之一目前已投人使用的高导热陶瓷基片材料有A12q,AIN,SIC和B或)等. 1.1.2环氧玻璃 环氧玻璃是进行引脚和塑料封装成本最低的一种,常用于单层、双层或多层印刷板,是一种由环氧树脂和玻璃纤维(基础材料)组成的复合材料.此种材料的力学性能良好,但导热性较差,电性能和线膨胀系数匹配一般.由于其价格低廉,因而在表面安装(SMT)中得到了广泛应用. 1.1.3金刚石 天然金刚石具有作为半导体器件封装所必需的优良的性能,如高热导率(200W八m·K),25oC)、低介电常数(5.5)、高电阻率(1016n·em)和击穿场强(1000kV/mm).从20世纪60年代起,在微电子界利用金刚石作为半导体器件封装基片,并将金刚石作为散热材料,应用于微波雪崩二极管、GeIMPATT(碰撞雪崩及渡越时间二极管)和激光器,提高了它们的输出功率.但是,受天然金刚石或高温高压下合成金刚石昂贵的价格和尺寸的限制,这种技术无法大规模推广. 1.1.4金属基复合材料

电子器件冷却技术概况与进展

电子器件冷却技术概况与进展1．引言 随着科技的发展，人们平时生活普遍用电子产品。这些给人们带来了很大的方便。所以人们现在最热门研究科目之一就是电子产品的性能提高。电子器件的冷却是非常重要的。由于高温导致的实效在所有电子设备是小中所占的比例大于50%，传热问题甚至成为电力电子装置向小型化发展的瓶颈。电子器件用于 电子计算机容量和速度的快速发展以及导弹，卫星，宇宙探索和军用雷达等等。这些对高性能模块和高可靠大功率器的要求，一方面器件的特征尺寸愈小愈好，已从微米量级向亚微米发展；另一方面器件的集成度持续快速增加。空间微尺度和时间微尺度条件下的流动和传热问题的研究显得十分重要。 传热是最普遍的一种自然现象。几乎所有的工程领域都会遇到一些在特定条件下的传热问题，包括有传质同时发生的复杂传热问题。现代科学技术突飞猛进，传热学的工程应用研究也已跨越传统的能源动力，工艺过程节能的范畴，在材料的制备和加工、航天技术的发展、信息器件的温控、生物技术、医学、环境净化与生态维护、以及农业工程化、军备现代化等不同领域都有所牵涉。特别是高技术的迅猛发展，正面临着温度场、速度场、浓度场、电磁场、光场、声场、化学势场等各种场相互耦合下的热量传递过程和温度控制，从而使传热学迅速发展为当今技术科学中了解各种热物理现象和创新相应技术的重要基础学科。现就电子器件冷却方面的传热学最新研究动态作简要的介绍。 2．冷却技术 （1）微通道冷却技术 微通道换热器是指在基体上用光刻或其它刻蚀法制成截面尺寸仅有几十到上百微米的槽道,换热介质在这些小槽道中流过与换热器基体并通过基体与别的换热介质进行换热. 换热器的基体材料可以是金属、玻璃、硅或其它任何合适的材料. 这种换热器的突出优点是: ① 热系数大,换热效果很好。由于几何尺寸极小,流体流过通道时 的流动状态与常规换热器有很大区别。雷诺数一般增大一个数量级,因 而换热系数明显增大. 换热介质与基体之间温差很小。 ② 体积很小,特别适合电子器件的冷却。 ③ 制造工艺采用电子器件制造工艺,有利于降低成本、批量生产。 ④ 由于换热介质与基体间温差小,槽道间距离短,所以基体本身的 导热系数对总的换热导数影响小,所以,基体导热系数差一些也影响不大,因此可以选用多种材料作换热器。

新型元器件的研究现状与发展趋势

新型电子元器件的研究现状与发展趋势 韦纯严 1300130525 （桂林电子科技大学机电工程学院，广西桂林） 摘要：电子元件是信息技术的重要支撑，是电子装备、电子信息系统以及武器装备控制系统必不可少的重要部件。从信息技术的发展历程可以看出，电子系统功能的每一次升级、半导体技术的每一种创新与变革都会从产量和性能等方面对元件提出新的更高的要求。因此研究与发展新型电子元器件，关注电子元器件的发展趋势对于一个国家的重要性是不言而喻。 关键词：电子元件；发展趋势 1 引言 当今社会科技的发展是日新月异，产品的更新换代的时间越来越短，而这一切的进步都离不开电子元器件的发展。电子元器件是电子设备及信息系统的重要基础之一，其发展速度、技术水平高低和生产规模，不仅直接影响着电子信息产业的发展，而且对改造传统产业，促进科技进步，提高装备现代化水平都具有重要的现实意义。因此，密切关注电子元器件的发展趋势，总结电子元器件的发展趋势，找出电子元器件发展新特点，密切关注电子元器件领域的新材料等，对促进我国电子元器件的发展、提高电子元器件整体水平、推动电子信息产业发展，都具有重要的理论和现实意义。 2 电子元器件国内外现状 2.1世界电子元器件发展现状 现在的电子设备及信息系统的体积越来越小，电路密度越来越高，传输速度也越来越快，新型电子元器件正在向片式化、微型化、高频化、宽频化、高精度化、集成化方和绿色环保向发展。 2.2我国电子元器件的发展现状 由于西方发达国家在电子元器件行业中所投入的研发强度较大，如美国、日本等国家其在电子元器件行业中所投入的研发强度都已经超过5%，甚至有一些企业的投入高达10%以上，因此，这些国家在电子元器件行业中处于领先地位。而我国由于在电子元器件研发领域中所投入的研发强度很有限，其核心技术基本上只能依靠进口。再加上，我国设备陈旧，生产工艺比较落后，产品核心技术含量低。同时，引进国外先进的电子元器件收到许多环节、条件的制约。由于每种不同电子元器件所使用的材料以及生产工艺都有所不同，其功能和价格也有所差异，所以导致无法根据电子元器件的功能来制定关税，从而引起很多的电子元器件因功能与价格不明而被海关扣留。因此，需要相关权威机构对电子元器件的功能及其价值进行鉴定，并作出具有相应的鉴定材料。除此之外，出口西方国家的产品也面临着较大的贸易壁垒，使我国的电子元器件产品也面临着相应的标准门槛。 由于我国的芯片起步晚，发展较为缓慢，因此，目前我国的自主品牌的芯片还处于发展阶段。与西方发达国家相比，我国自主品牌的芯片占全球芯片市场占有率少得可怜。 我国的电子元器件的起步比较晚，发展较为缓慢，相比于发达国家我国对新型电子元器件的研究与生产技术都相对落后。但是我国的片式电阻器、片式独石陶瓷电容器、铝电解电容器、石英晶体谐振器、压电陶瓷滤波器、双面及多层印制板、覆铜板、扬声器等产品已达到规模经济生产要求。 3 电子元器件技术发展趋势 从世界电子元器件的技术发展趋势来看，总体来看，片式化已经成为衡量电子元件技术发展水平的重要标志之一，其中，片式电容、片式电阻、片式电感三大无源元件，约占元器件总产量的85%-90%。电子元器件在片式化的同时，也在向小型化方向迅速发展，随着电子设备小型化进程的加快，电子元件复合化和集成化的步伐也在加快。由于电子元器件产品种类很多，各分类产品在技术发展趋势上又各有自身的特点。 电子元器件正进入以新型电子元器件为主体的新一代元器件时代，它将基本上取代传统元器件。电子元器件由原来只为适应整机的小型化及其新工艺要求为主的改进，变为以满足数字技术、微电子技术发展所提出的特性要求为主，而且是成套满足的产业化发展阶段。新型电子元器件体现当代和今后电子元器件向高频化、片式化、微型化、薄型化、低功耗、响应速率快、高分辨率、高精度、高功率、多功能、组件

电子元器件的发展历程及未来趋势

电子元器件的发展历程及未来趋势 每种事物都有其自身的发展历史和发展规律，电子元器件也不例外，它历经了经典电子元器件、小型化电子元器件、一般微电子元器件、智能微电子元器件时代，未来正在迈向量子电子元器件时代。 电子元器件的发展离不开电子信息技术和整机的发展，二者是相互促进，相互牵制的关系。 微电子元器件包括集成电路、混合集成电路、片式和扁平式元件和机电组件、片式半导体分立器件等。微电子指采用微细工艺的集成电路，随集成电路集成度和复杂度的大幅度提高、线宽越来越细和采用铜导线，其基频和处理速度也大幅度提高，在电子线路中其周边的其他元器件必然要有相应速率的处理速度，才能完成所承担的功能。因此，需要通过整个设备及系统来分析元器件的发展。 表1电子元器件的发展阶段及特点

上述电子元器件的发展阶段的划分是2001年提出来的，但近年来电子技术和电子产业的发展很快，新技术，新产品不断涌现，尤其是智能化产品和系统越来越普及，智能化已经到来，同时，量子技术有了突破，信息技术有可能进入“量子化时代”。 智能化已经到来观察一下我们周围，可以发现，智能化家用电子及电器，如智能电视机、电灶具、电热水器等；智能化终端如手机、手表式终端等，智能化汽车电子及智能化公交系统等，其发展的总趋势是以智能化为核心的信息化，系统化和网络化。 这些变化也可以从智能化设备和系统框图构成来分析对电子元器件的新要求： 1）指挥控制系统--嵌入式处理器芯片，高速，大容量的集成电路，计算芯片已经渗入到各种系统和产品中。整机采用双核、四核，八核以至更多的芯片并行，以加速运算速率的智能化处理。 2）信息采集系统--以传感器为代表将各种信息转化为电信号，并进行处理。传感器技术是一项当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱。 如果说计算机是人类大脑的扩展，那么传感器就是人类五官的延伸，当集成电路、计算机技术飞速发展时，人们才逐步认识信息摄取装置--传感器没有跟上信息技术的发展而惊呼“大脑发达、五官不灵”. 但是目前传感器的发展已成为一个瓶颈，对其品质、稳定性、一致性与可靠性等程度要求越来越高。还出现如数字话筒、智能传感器模块等一些数字化器件。 3）传输系统--信号荷载信息，经过不同的频率交换、调制或编码，变成适当的形式，以便适合于各种不同媒介质的传输。传输系统需要高速大容量网络，包括无线、有线传输，常由两者结合传输。 a）传输系统为有更高的传输速率和带宽，对元器件品质要求如；高频、带宽、阻抗匹配、电磁干扰、稳定性与耗损等等特性有更加严格的要求，这将导致这些符合条件的元器件发展更快。 b）光网络，光电结合更加普及，如光纤到户（FTTH），光纤到桌（FTTD），许多终端都有光接口。光电结合和转化的元器件如光器件，光电转化元器件等不断出现和高速发展。 网络传输速率越来越快，如3G通信，国际电联“IMT-2000”（国际移动电话2000）标准规定，移动终端以车速移动时，其传转数据速率为144kbps,室外静止或步行时速率为384kbps,而室内为2Mbps.4G是集3G与WLAN于一体，并能够传输高质量视频图像，它的图像传输质量与高清晰度电视不相上下。4G系统能够以100Mbps的速度下载，上传的速度也能达到20Mbps. 4）执行系统--如控制元件（继电器，包括固体继电器）、微特电机及功能性电子元器件发展更快。功能性电子元器件是具有某些独特功能的元器件，如频率、时频及显示器件

详解最新PCB冷却技术

随着消费者对更小、更快要求的进一步加强，在解决密度日益提高的印刷电路板（PCB）散热问题方面出现了艰巨的挑战。随着堆叠式微处理器和逻辑单元达到GHz工作频率范围，高性价比的热管理也许已经成为设计、封装和材料领域的工程师亟需解决的最高优先级问题。 制造3D IC以获得更高的功能密度已经成为当前趋势，这进一步增加了热管理的难度。仿真结果表明，温度上升10℃会使3D IC芯片的热密度翻一倍，并使性能降低三分之一以上。 微处理器的挑战 国际半导体技术蓝图（ITRS）的预测表明，在今后三年内，微处理器内难以冷却区域中的互连走线将消耗高达80%的芯片功率。热设计功耗（TDP）是评估微处理器散热能力的一个指标。它定义了处理器达到最大负荷时释放出的热量以及相应的壳温。 Intel和AMD公司最新微处理器的TDP在32W至140W之间。随着微处理器工作频率的提高，这个数字还会继续上升。 拥有数百个计算机服务器的大型数据中心特别容易遭遇散热问题。根据一些估计数据，服务器的冷却风扇（可能消耗高达15%的电能）实际上已经成为服务器中及其本身的一个相当大的热源。另外，数据中心的冷却成本可能占数据中心功耗的约40%至50%.所有这些事实对局部和远程温度检测及风扇控制提出了更高的要求。 热量管理挑战在遇到安装包含多内核处理器的PCB时将变得更加艰巨。虽然处理器阵列中的每个处理器内核与单内核处理器相比可能消耗较少的功率（因而散发较少的热量），但对大型计算机服务器的净效应是给数据中心的计算机系统增加了更多的散热。简言之，在给定面积的PCB板上运行更多的处理器内核。 另外一个棘手的IC热管理问题涉及到芯片封装上出现的热点。热通量可以高达 1000W/cm2,这是一种难以跟踪的状态。 PCB在热管理中发挥着重要作用，因此需要热量设计版图。设计工程师应该尽可能使大功率元件相互间隔得越远越好。另外，这些大功率元件应尽可能远离PCB的角落，这将有助于最大化功率元件周围的PCB面积，加快热量散发。 将裸露的电源焊盘焊接到PCB上是常见的做法。一般来说，裸露焊盘类型的电源焊盘可以传导约80%的通过IC封装底部产生并进入PCB的热量。剩下的热量将从封装侧面和引线散发掉。 散热帮手 设计工程师现在可以向许多改良的热管理产品寻求帮助。这些产品包括散热器、热导管和风扇，可以用来实现主动和被动的对流、辐射和传导冷却。即使是PCB上安装芯片的互连方式也有助于减轻散热问题。 例如，用于将IC芯片互连到PCB的普通裸露焊盘方法可能会增加散热问题。当把裸露的路径焊接到PCB上时，热量会很快逸出封装并进入电路板，然后通过电路板的各个层散发进周围的空气。 德州仪器（TI）发明了一种PowerPAD方法，能把IC裸片安装到金属盘上（图1）。这个裸片焊盘将在制造过程中支撑裸片，并作为良好的散热路径将热量从芯片中散发出去。

电子元器件的发展历程及未来趋势

电子元器件的发展历程及未来趋势

电子元器件的发展历程及未来趋势 每种事物都有其自身的发展历史和发展规 律，电子元器件也不例外，它历经了经典电子元器件、小型化电子元器件、一般微电子元器件、 智能微电子元器件时代，未来正在迈向量子电子元器件时代。 电子元器件的发展离不开电子信息技术和 整机的发展，二者是相互促进，相互牵制的关系。 微电子元器件包括集成电路、混合集成电路、片式和扁平式元件和机电组件、片式半导体分立器件等。微电子指采用微细工艺的集成电路，随集成电路集成度和复杂度的大幅度提高、线宽越来越细和采用铜导线，其基频和处理速度也大幅度提高，在电子线路中其周边的其他元器件必然要有相应速率的处理速度，才能完成所承担的功能。因此，需要通过整个设备及系统来分析元器件的发展。

年提出来的，但近年来电子技术和电子产业的发展很快，新技术，新产品不断涌现，尤其是智能化产品和系统越来越普及，智能化已经到来，同时，量子技术有了突破，信息技术有可能进入“量子化时代”。 智能化已经到来观察一下我们周围，可以发 现，智能化家用电子及电器，如智能电视机、电

灶具、电热水器等；智能化终端如手机、手表式终端等，智能化汽车电子及智能化公交系统等，其发展的总趋势是以智能化为核心的信息化，系统化和网络化。 这些变化也可以从智能化设备和系统框图构成来分析对电子元器件的新要求： 1）指挥控制系统--嵌入式处理器芯片，高速，大容量的集成电路，计算芯片已经渗入到各种系统和产品中。整机采用双核、四核，八核以至更多的芯片并行，以加速运算速率的智能化处理。 2）信息采集系统--以传感器为代表将各种信息转化为电信号，并进行处理。传感器技术是一项当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱。 如果说计算机是人类大脑的扩展，那么传感器就是人类五官的延伸，当集成电路、计算机技术飞速发展时，人们才逐步认识信息摄取装置--传感器没有跟上信息技术的发展而惊呼“大脑发达、五官不灵”. 但是目前传感器的发展已成为一个瓶颈，对其品质、稳定性、一致性与可靠性等程度要求越来越高。还出现如数字话筒、智能传感器模块等一些数字化器件。 3）传输系统--信号荷载信息，经过不同的频率交换、调制或编码，变成适当的形式，以便适合于各种不同媒介质的传输。传输系统需要高速大容量网络，包括无线、有线传输，常由两者结合传输。 a）传输系统为有更高的传输速率和带宽，对元器件品质要求如；高频、带宽、阻抗匹配、电磁干扰、稳定性与耗损等等特性有更加严格的

电子器件散热技术现状及进展

电子器件散热技术现状及进展 随着电子及通讯技术的迅速发展，高性能芯片和集成电路的使用越来越广泛。电子器件芯片的功率不断增大，而体积却逐渐缩小，并且大多数电子芯片 的待机发热量低而运行时发热量大，瞬间温升快。高温会对电子器件的性能产 生有害的影响，据统计电子设备的失效有55 %是温度超过规定值引起的，电子器件散热技术越来越成为电子设备开发、研制中非常关键的技术。电子器件散 热的目的是对电子设备的运行温度进行控制(或称热控制)，以保证其工作的稳 定性和可靠性，这其中涉及了与传热有关的散热或冷却方式、材料等多方面内容，目前主要有空气冷却技术和液体冷却技术两大类。 1 空气冷却技术 空气冷却技术是目前应用最广泛的电子冷却技术，包括自然对流空气冷却技 术和强制对流空气冷却技术。自然对流空气冷却技术主要应用于体积发热功率 较小的电子器件，利用设备中各个元器件的空隙以及机壳的热传导、对流和辐 射来达到冷却目的。 自然对流依赖于流体的密度变化，所要求的驱动力不大，因此在流动路径中 容易受到障碍和阻力的影响而降低流体的流量和冷却速率。对于体积发热功率 较大的电子器件，如单一器件功耗达到7 W(15~25 W-cm-2)，板级(印制电路板) 功耗超过300 W(2~3W-cm-2)时，一般则采用强制对流空气冷却技术。强制散热或冷却方法主要是借助于风扇等设备强迫电子器件周边的空气流动，从而将 器件散发出的热量带走，这是一种操作简便、收效明显的散热方法。提高这种 强迫对流传热能力的方法主要有增大散热面积(散热片)以及提高散热表面的强 迫对流传热系数(紊流器、喷射冲击、静电作用)。对一些较大功率的电子器件，可以根据航空技术中的扰流方法，通过在现有型材散热器中增加小片扰流片，

电子器件冷却技术概况与进展

电子器件冷却技术概况与进展 1．引言随着科技的发展，人们平时生活普遍用电子产品。这些给人们带来了很大的方便。所以人们现在最热门研究科目之一就是电子产品的性能提高。电子器件的冷却是非常重要的。由于高温导致的实效在所有电子设备是小中所占的比例大于50%，传热问题甚至成为电力电子装置向小型化发展的瓶颈。电子器件用于电子计算机容量和速度的快速发展以及导弹，卫星，宇宙探索和军用雷达等等。这些对高性能模块和高可靠大功率器的要求，一方面器件的特征尺寸愈小愈好，已从微米量级向亚微米发展；另一方面器件的集成度持续快速增加。空间微尺度和时间微尺度条件下的流动和传热问题的研究显得十分重要。传热是最普遍的一种自然现象。几乎所有的工程领域都会遇到一些在特定条件下的传热问题，包括有传质同时发生的复杂传热问题。现代科学技术突飞猛进，传热学的工程应用研究也已跨越传统的能源动力，工艺过程节能的范畴，在材料

的制备和加工、航天技术的发展、信息器件的温控、生物技术、医学、环境净化与生态维护、以及农业工程化、军备现代化等不同领域都有所牵涉。特别是高技术的迅猛发展，正面临着温度场、速度场、浓度场、电磁场、光场、声场、化学势场等各种场相互耦合下的热量传递过程和温度控制，从而使传热学迅速发展为当今技术科学中了解各种热物理现象和创新相应技术的重要基础学科。现就电子器件冷却方面的传热学最新研究动态作简要的介绍。 2．冷却技术（1）微通道冷却技术微通道换热器是指在基体上用光刻或其它刻蚀法制成截面尺寸仅有几十到上百微米的槽道,换热介质在这些小槽道中流过与换热器基体并通过基体与别的换热介质进行换热. 换热器的基体材料可以是金属、玻璃、硅或其它任何合适的材料. 这种换热器的突出优点是: ①?? 热系数大,换热效果很好。由于几何尺寸极小,流体流过通道时的流动状态与常规换热器有很大区别。雷诺数一般增大一个数量级,因而换热系数明显增大. 换热介质与基体之间温差很小。②?? 体积很小,特别

中国电子元器件行业概况研究-行业发展概况、市场供求

中国电子元器件行业概况研究-行业发展概况、市场供求 （一）行业发展概况 电子元器件行业作为电子信息产业的重要组成部分，是国民经济战略性、基础性和先导性的支柱产业。电子元器件包括电子元件和电子器件，从20世纪90年代起，广泛应用于消费电子、家用电器、通讯设备、汽车电子、计算机等领域；目前，随着移动智能终端、云计算、物联网、大数据的兴起，其应用领域扩展至虚拟现实、智能穿戴、智能家居、物联网等新兴应用领域。 受益于人口红利和智能设备普及需求，中国市场已成为全球最重要的电子元器件制造基地和消费市场。自2000年以来，凭借较为显著的成本和后发优势，中国逐渐成为世界电子行业相关产品的主要生产基地，目前已成为全球最主要的电子产品制造基地和电子产品出口大国；在中国国民经济增长强劲、工业现代化程度加深及居民消费水平升级的带动下，中国电子元器件产业得到了较为充分地发展。 据中国产业研究报告数据显示，目前，中国电子元器件产业总产值约占电子信息产业的五分之一，电子元器件产业已成为支撑中国电子信息产业发展的重要基础。

根据国家统计局及智研咨询数据显示，2015年中国电子元件制造业的产值及销售收入分别增长至15,931.72亿元、15,355.45亿元，分别同比增长4.86%、4.14%；2016年分别增长至17,848.40亿元、17,362.32亿元，增长率高达12.03%、13.07%。2015年电子器件制造业的产量及销售收入规模分别达16,041.79亿元、15,354.81亿元，同比增长6.31%、5.15%；而2016年分别增至17,940.96亿元、17,361.22亿元，同比增速分别达11.84%、13.07%。由此可见，2016年中国电子元器件市场持续保持高速增长的态势。

电力电子器件的发展历程

电力电子器件的发展历程 电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性的作用，因此，电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。 ● 1904年出现了电子管（Vacuum tube)，能在真空中对电子流进行控制，并应 用于通信和无线电，从而开了电子技术之先河 ● 20年代末出现了水银整流器（Mercury Rectifier），其性能和晶闸管 （Thyristor）很相似。在30年代到50年代，是水银整流器发展迅速并大量应用的时期。它广泛用于电化学工业、电气铁道直流变电所、轧钢用直流电动机的传动，甚至用于直流输电 ● 1947年美国贝尔实验室发明晶体管(Transistor)，引发了电子技术的一场革 命 ● 1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管（Thyristor） ● 1960年我国研究成功硅整流管（Silicon Rectifying Tube/Rectifier Diode） ● 1962年我国研究成功晶闸管（Thyristor） ● 70年代出现电力晶体管（Giant Transistor－GTR）、电力场效应管（Metallic Oxide Semiconductor Field Effect Transistor－MOSFET） ● 80年代后期开始：复合型器件。 以绝缘栅极双极型晶体管（Insulated －Gate Bipolar Transistor－IGBT）为代表,IGBT是电力场效应管（MOSFET）和双极结型晶体管（ Bipolar ● 90年代主要有： 功率模块（Power Module）：为了使电力电子装置的结构紧凑、体积减小，常常把若干个电力电子器件及必要的辅助元件做成模块的形式，这给应 用带来了很大的方便。 功率集成电路（Power Integrated Circuit－PIC）：把驱动、控制、保 护电路和功率器件集成在一起，构成功率集成电路（PIC）。目前其功率 都还较小，但代表了电力电子技术发展的一个重要方向。 智能功率模块（Intelligent Power Module－IPM）则专指IGBT及其辅助器件与其保护和驱动电路的单片集成，也称智能IGBT（Intelligent IGBT）。 高压集成电路（High Voltage Integrated Circuit－HVIC）：一般指横 向高压器件与逻辑或模拟控制电路的单片集成。 智能功率集成电路（Smart Power Integrated Circuit－SPIC）：一般指纵向功率器件与逻辑或模拟控制电路的单片集成。 一个弗莱明发明了二极管，另一个弗莱明发明了盘尼西林

电力电子器件

电力电子器件 电力电子器件（Power Electronic Device）是指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。主电路：在电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。 电力电子器件的特征 ◆所能处理电功率的大小，也就是其承受电压和电流的能力，是其最重要的参数，一般都远大于处理信息的电子器件。 ◆为了减小本身的损耗，提高效率，一般都工作在开关状态。 ◆由信息电子电路来控制,而且需要驱动电路。 ◆自身的功率损耗通常仍远大于信息电子器件，在其工作时一般都需要安装散热器。 电力电子器件的功率损耗 断态损耗 通态损耗：是电力电子器件功率损耗的主要成因。 开关损耗：当器件的开关频率较高时，开关损耗会随之增大而可能成为器件功率损耗的主要因素。分为开通损耗和关断损耗。 电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。 电力电子器件的分类 按照能够被控制电路信号所控制的程度

◆半控型器件：指晶闸管（Thyristor）、快速晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管、双向晶闸管。 ◆全控型器件：IGBT、GTO、GTR、MOSFET。 ◆不可控器件：电力二极管（Power Diode）、整流二极管。 按照驱动信号的性质 ◆电流驱动型：通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制。Thyrister，GTR，GTO。 ◆电压驱动型：仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。电力MOSFET，IGBT，SIT。 按照驱动信号的波形（电力二极管除外） ◆脉冲触发型：通过在控制端施加一个电压或电流的脉冲信号来实现器件的开通或者关断的控制。晶闸管，SCR，GTO。 ◆电平控制型：必须通过持续在控制端和公共端之间施加一定电平的电压或电流信号来使器件开通并维持在通断状态。GTR，MOSFET，IGBT。 按照载流子参与导电的情况 ◆单极型器件：由一种载流子参与导电。MOSFET、SBD（肖特基势垒二极管）、SIT。 ◆双极型器件：由电子和空穴两种载流子参与导电。电力二极管，PN结整流管，SCR，GTR，GTO。 ◆复合型器件：由单极型器件和双极型器件集成混合而成，也称混合型器件。IGBT，MCT。 GTO：门极可关断晶闸管。SITH（SIT）：静电感应晶体管。

现代电力电子器件的发展与现状

现代电力电子器件的发展与现状 解放军信息工程大学李现兵师宇杰王广州黄娟 电力电子器件的回顾 电力电子器件又称作开关器件，相当于信号电路中的A/D 采样，称之为功率采样，器件的工作过程就是能量过渡过程，其可靠性决定了系统的可靠性。根据可控程度可以把电力电子器件分成两类：半控型器件——第一代电力电子器件 上个世纪50 年代，美国通用电气公司发明的硅晶闸管的问世，标志着电力电子技术的开端。此后，晶闸 管(SCR) 的派生器件越来越多，到了70 年代，已经派生了快速晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、不对称晶闸管等半控型器件，功率越来越大，性能日益完善。但是由于晶闸管本身工作频率较低(一般低于 400Hz )，大大限制了它的应用。此外，关断这些器件，需要强迫换相电路，使得整体重量和体积增大、 效率和可靠性降低。目前，国内生产的电力电子器件仍以晶闸管为主。 全控型器件——第二代电力电子器件

随着关键技术的突破以及需求的发展，早期的小功率、低频、半控型器件发展到了现在的超大功率、高频、全控型器件。由于全控型器件可以控制开通和关断，大大提高了开关控制的灵活性。自70 年代后期以来， 可关断晶闸管(GTO) 、电力晶体管(GTR 或BJT) 及其模块相继实用化。此后各种高频全控型器件不断问世， 并得到迅速发展。这些器件主要有电力场控晶体管(即功率MOSFET) 、绝缘栅极双极晶体管(IGT 或IGBT) 、静电感应晶体管(SIT) 和静电感应晶闸管(SITH) 等。 电力电子器件的最新发展 现代电力电子器件仍然在向大功率、易驱动和高频化方向发展。电力电子模块化是其向高功率密度发展的重要一步。当前电力电子器件的主要发展成果如下： IGBT：绝缘栅双极晶体管 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 是一种N 沟道增强型场控(电压)复合器件，如图1 所示。它属于少子器件类，兼有功率MOSFET 和双极性器件的优点：输入阻抗高、开关速度快、安全工作区宽、饱和

电子元器件发展史

电子元器件发展史 电子元器件发展史其实就是一部浓缩的电子发展史。电子技术是十九世纪末、二十世纪初开始发展起来的新兴技术，二十世纪发展最迅速，应用最广泛，成为近代科学技术发展的一个重要标志。第一代电子产品以电子管为核心。四十年代末世界上诞生了第一只半导体三极管，它以小巧、轻便、省电、寿命长等特点，很快地被各国应用起来，在很大范围内取代了电子管。五十年代末期，世界上出现了第一块集成电路，它把许多晶体管等电子元件集成在一块硅芯片上，使电子产品向更小型化发展。集成电路从小规模集成电路迅速发展到大规模集成电路和超 大规模集成电路，从而使电子产品向着高效能低消耗、高精度、高稳定、智能化的方向发展。由于，电子计算机发展经历的四个阶段恰好能够充分说明电子技术 发展的四个阶段的特性，所以下面就从电子计算机发展的四个时代来说明电子技术发展的四个阶段的特点。 在20世纪出现并得到飞速发展的电子元器件工业使整个世界和人们的工 作、生活习惯发生了翻天覆地的变化。电子元器件的发展历史实际上就是电子工业的发展历史。190年6 ，李·德福雷斯特发明了真空三极管，用来放大电话的声 音电流。此后，人们强烈地期待着能够诞生一种固体器件，用来作为质量轻、价廉和寿命长的放大器和电子开关。194年7 ，点接触型锗晶体管的诞生，在电子 器件的发展史上翻开了新的一页。但是，这种点接触型晶体管在构造上存在着接 触点不稳定的致命弱点。在点接触型晶体管开发成功的同时，结型晶体管论就已 经提出，但是直至人们能够制备超高纯度的单晶以及能够任意控制晶体的导电类型以后，结型晶体管材真正得以出现。195年0 ，具有使用价值的最早的锗合金 型晶体管诞生。195年4 ，结型硅晶体管诞生。此后，人们提出了场效应晶体管 的构想。随着无缺陷结晶和缺陷控制等材料技术、晶体外诞生长技术和扩散掺杂技术、耐压氧化膜的制备技术、腐蚀和光刻技术的出现和发展，各种性能优良的电子器件相继出现，电子元器件逐步从真空管时代进入晶体管时代和大规模、超大规模集成电路时代。主播形成作为高技术产业代表的半导体工业。 由于社会发展的需要，电子装置变的越来越复杂，这就要求了电子装

电力电子设备的冷却技术研究进展

热加工工艺技术与材料研究 电力电子设备的冷却技术研究进展 张小京1,易志华2 (11西南科技大学信息工程学院,四川绵阳621010;21西安电子科技大学电子工程学院,陕西西安710071) 摘　要:为了适应电力电子集成技术高热密度散热的需求,在对传统的冷却方式不断改进的同时,一些新型高效的冷却方式不断涌现。本文对几种常用冷却方式的原理、优缺点及最新的研究动态进行了综述,为电力电子设备热设计人员选择合适的冷却方式,进而设计出高效的散热装置提供方便。 关键词:电力电子设备;冷却技术;散热装置中图分类号:T K 123文献标志码:B 近年来电力电子集成技术的迅速发展,使得电力电子装置设计和维护难度显著降低,极大地推广了电力电子装置的应用范围。目前,电力电子集成技术面临的问题,概括地讲就是如何使电力电子装置的功能越来越完善,体积越来越小,这对装置的材料、工艺以及电路本身都提出了巨大的挑战;而随之在装置内部产生的高热流密度更是受到了人们的普遍关注,甚至认为传热问题成为了电力电子集成技术继续进步的瓶颈[1]。 由于电力电子设备的小型化和集成化,要求其散热装置具有紧凑性、可靠性、灵活性、高散热效率、不需要维修等特点,从而为现代传热技术在电子冷却领域的应用提出了新的课题。这就要求广大从事电子设备热设计的科技人员在对传统的冷却方式改进的同时,不断探索、研究、开发新型高效的冷却装置。以下就对几种常用冷却方式的原理、优缺点及目前的研究进展分别介绍。 1　各种冷却方式的特点及新进展 图1　风冷翅片散热器1.1　风冷翅片散热器 风冷翅片散热器分2个部分,和热源直接接触的部分为翅片散热器,他负责将热源发出的热量引出;风扇则用来给散热器强制对流冷却降温。其冷却效果与使用的散热器的结构密切相关。目前有关研究主要集中在散热器的散热特性及结构、材料的优化上。影响强制对流冷却效果的另一个参数是风速,风速越大,散热器的热阻越小,但流动阻力越大,适当提高风速有利于热阻的降低,但风速 超过一定数值之后再提高已无多大意义[2]。 该散热方式由于具有结构简单,价格低廉,安全可靠,技术成熟的优点,而成为最常用的散热方法之一;其缺点则是:不能将温度降至室温以下;且因风扇的转动而存在噪音;风扇寿命有时间限制。1.2　水冷 虽然风冷翅片散热器成本低廉,但受到散热能力的限制,随着热流密度不断提高,具有更大散热能力的水冷装置的应用将大行其道。根据文献[3],气体强制对流换热系数的大致范围为20～100 W/(m 2?℃ ),水强制对流的换热系数高达15000W/(m 2?℃ ),是气体强制对流换热系数的百倍以上。 图2　某大功率模块底部结构 目前,很多电力电子装置都是用水冷装置作为散热系统,该系统通常由散热器,水管及一个水泵组成。散热器有一个进水口及出水口,在其内部有多条水道,这样可以充分发挥水冷的优势,带走更多的热量。同时因水冷系统没有风扇,所以不会产生振动,噪声也会相对较小。该系统的缺点是价格比较昂贵,水在密闭状态下容易发生结垢、变质,在使用过程中还要完全杜绝漏水、断水等情况的发生。同时该系统在使用过程中由于水的流动会造成电子元件周围电磁场的一些变化,可能会影响到系统的稳定性。 图2是某大功率模块水冷系统上部的照片,从图上可以看出,1根进水管和1根出水管直接连到封装结构内部,一旦漏水将对系统造成很大的损失。1.3　微通道冷却 微通道冷却 ? 34?《新技术新工艺》?热加工工艺技术与材料研究　2008年　第1期