高功率密度电子设备热管理方法与技术

摘要

针对高功率密度电子设备热管理中存在的局部效应、界面效应和散热强化机制三个科学问题,本文从器件、界面、热沉以及系统等层次阐述了高功率密度电子设备热设计与热管理的原理与方法:(1)器件层次:建立了电子与声子耦合作用下电子器件热-电微观理论模型,阐明了器件温度特征随外加电压、材料、结构和冷却条件等因素的依变关系,提出了器件基板和壳体的结构与散热一体化设计思路,建立了基于高导热材料与技术的高功率密度器件热扩展冷却方法.(2)界面层次:建立了界面传热的理论分析与测试方法,阐明了接触表面粗糙度、平面度、材料属性和压力等对界面接触传热的影响规律,厘清了热界面材料导热率、流动性、结构等物理性质与接触热阻的依变规律,提出了界面接触热阻的表面粗糙度、平面度、压力、热界面材料综合调控方法.(3)热沉层次:阐明了冲击距离、射流孔间距、射流角度、出口数量对射流冲击冷却性能的影响规律,建立了基于表面结构、纳米流体的射流冲击强化方法.揭示了树枝状仿生复合多孔表面的相变强化机理,建立了多喷嘴喷雾相变冷却方法,发明了相变(微热管群或蒸汽腔热管)与单相(微通道)耦合的冷却方法.(4)系统层次:考虑典型电子设备的约束条件,系统地验证了器件、界面、热沉等新型散热方法,解决了新型散热方法的应用技术难题.综合集成运用这些方法与技术,系统地构建了器件—界面—热沉—系统多层次的高功率密度电子设备热设计与热管理方法.