大多數工業自動化設備只要開始工作就會產生一定的熱量,像數控機床?電器柜?冷暖箱等,熱量集聚到一定狀態時,會使電器設備的溫度逐漸升高,會導致電氣元器件性能降低,嚴重時會造成設備故障直至損壞電器設備,因此對電器設備的溫度控制一直是設計的一個重要內容,特別是對于高密度電子設備更是如此,使用高密度組裝電子設備冷卻技術可以自動調節工業自動化設備的溫度,延長設備的使用壽命,維護電子設備質量,節省資源與成本?本文將在淺析高密度組裝電子設備冷卻技術的基礎上從使用芯片冷卻結構,采用微通道冷卻,安裝低熱阻界面材料,優化模塊冷卻結構,使用噴霧冷卻技術以及采用一體化工業空調等幾個方面來探討該技術的應用措施?
1 高密度組裝電子設備冷卻技術的定義
高密度組裝電子設備冷卻技術就是工業自動化設備散熱技術,該技術遵循了電器的冷卻散熱原理,在工業自動化設備溫度過高時可以自動調節溫度以維護設備的質量?隨著科技的發展,工業自動化設備的組裝密度越來越高,這也意味著該設備在工作時的溫度會自動上升,如果不進行相應的控制,設備必然會因為溫度過高而損壞?使用高密度組裝電子設備冷卻技術可以在一定程度上降低工業自動化設備的溫度,延長設備的使用壽命,在設計時,可以根據電子設備的發熱元件的類型,發熱量,安裝條件等進行綜合確定采用哪些冷卻技術?
2 高密度組裝電子設備冷卻技術的應用措施
2.1使用芯片冷卻結構
高密度組裝電子設備的芯片體積非常小,如果自身不具備散熱能力,一旦使用過程中熱密度過于集中,就會導致芯片融化?因此,必須使用芯片冷卻結構,確保良好的散熱性能,將芯片上的熱量及時傳遞到外部?半導體冷暖箱的制冷效果就是使用的芯片冷卻結構,這種冷暖箱的一端可以放熱,另一端能夠吸熱制冷,箱體的內層是用薄金屬制造的,芯片與半導體器件緊貼在內壁,一端是具有傳熱性能的鋁和銅材料,如果產生吸熱,就通過這部分材料從箱內吸收大量的熱,有效降低冷暖箱的內部溫度?另一端裝有散熱器?小風扇,可以將箱內吸收的熱量從散熱端向外界散出,以達到制冷的目的?據調查,一個容積為10升的冷暖箱在環境溫度是20攝氏度時,箱內的溫度可以達到零下5度?這種冷暖箱的結構很簡單,而且安全可靠,不行電冰箱和暖通空調那樣需要使用機械壓縮機和冷凝劑才能制冷,而且可以節省大量的電力資源,攜帶方便?
2.2采用微通道冷卻
微通道冷卻是一種冷卻換熱技術,對于面積大小相等的芯片,如果通道越小,單位時間內的散熱量就越大?因此,采用微通道冷卻技術時都會盡量的減小通道以提高散熱效果,一般都會用具有導熱性能的硅來做通道材料,將微小通道緊密排列,保持工業自動化設備良好的散熱環境?
2.3安裝低熱阻界面材料
低熱阻界面材料可以吸收芯片的熱量,熱界面材料（TIM)是一種可以減小接觸熱阻的材料,其本質是為其他介質和熱源提暢通的散熱路徑,熱界面材料主要由導熱硅脂?導熱膠?導熱粘合劑?導熱彈性體?相變材料?低熔點合金所構成的合成材料,導熱系數非常高,因此,安裝這種材料就可以有效輔助電子設備散熱,保證設備的正常溫度?
2.4優化模塊冷卻結構
模塊冷卻結構是把模塊做成芯片的第一熱沉,為芯片創造散熱的外部環境,為了保持散熱系統的正常運轉,在設計模塊冷卻結構時必須注重提高模塊的散熱性能,降低傳熱熱阻,并優化模塊結構?
2.5使用噴霧冷卻技術
噴霧冷卻技術是將對流換熱與相變結合在一起,噴嘴可以促使冷卻介質霧化然后將其噴向需要冷卻的工業自動化設備,冷卻介質在吸收熱量之后會發生汽化,然后就可以在電子設備內部循環使用,保持工業自動化設備的正常溫度?流體通過噴嘴會形成高速流,換熱系數會隨著雷諾數的增加而上升,從而充分發揮噴霧冷卻技術的優勢,該技術構型比較自由,控制方法很靈活,技術核心是噴嘴設計,要根據工業自動化設備的芯片尺寸來設置噴嘴,一般都會將噴嘴分組堆疊使其形成噴嘴列,以壓縮系統體積,減輕電子設備的負擔,保持散熱氣流的暢通運轉?
2.6采用一體化工業空調
傳統的電器設備很多都是加裝軸流風扇,加速空氣的流動速度來達到抑制溫度升高的目的,但隨著電器設備的密度越來越大,由于受到安裝空間的限制,不可能加裝太多太大的軸流風扇來進行溫度調節;目前對電器設備的溫度控制可以采用工業一體化空調進行強制冷卻,經使用證明是一個非常有效的方法,缺點是會造成設備的制造成本升高,同時由于工業空調在工作時會消耗電能,會使設備的使用成本升高,但從目前的使用情況來看,效果最佳;國內生產的這種一體化工業空調,有壁掛安裝方式,也有頂部安裝方式,在設計時可以按照不同設備的具體情況及電子器件發熱情況進行計算選擇?我公司目前生產的LED曝光機,PCB數控鉆床以及龍門加工中心等設備的電器控制柜,均采用了一體化工業空調來進行降溫,效果非常理想?
3 結束語
綜上所述,高密度組裝電子設備冷卻技術是一種工業自動化設備散熱技術,該技術能夠降低工業自動化設備在運轉時的熱量,延長設備的壽命,提高工業自動化設備的使用質量?要充分發揮高密度組裝電子設備冷卻技術的作用則需要使用芯片冷卻結構,將芯片上的熱量及時傳遞到外部;采用微通道冷卻,減小通道以提高散熱效果;安裝低熱阻界面材料,保證電子設備的正常溫度;優化模塊冷卻結構,提高模塊的散熱性能,降低傳熱熱阻;使用噴霧冷卻技術,根據工業自動化設備的芯片尺寸來設置噴嘴,保持散熱系統的正常運轉,這樣方能全面維護高密度組裝電子設備,有效節約成本資源?
