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均熱板在軍用大功率數據處理板中的應用研究
隨著設備數據處理量的增長,對數據處理板的處理速度需求也越來越高。因此,數據處理板中的CPU器件功率在不斷攀升。另外,幾乎所有設備都有小型化和輕量化的要求,導致設備的功率密度不斷增加,熱設計技術在當前抗惡劣環境計算機行業遇到前所未有的挑戰。
熱設計對電子設備的可靠性影響巨大。據統計,55%以上的電子設備故障與散熱相關[1]。研究表明,電子器件的故障隨元件溫度的升高呈指數關系增加[2],器件工作溫度每升高10℃,失效率增加一倍,被稱為10℃法則。因此,在設備的熱設計中,即使是降低1℃,對設備的失效率降低也是一可觀的量值,這對于軍用抗惡劣環境計算機尤為重要。
熱設計對電子設備的性能也影響巨大,一般地,模擬電路器件工作性能隨著工作溫度升高,性能急劇下降。囿于散熱技術的限制,許多設備工作功率受到限制。
蒸汽腔均熱板(VaporChamber Heat Spreader)是當前高功率密度器件散熱解決方案的重要方向,其原理結構在上世紀即已開始研究,但工程化應用較少,尤其在軍用電子設備中的應用尚剛剛啟動。均熱板在2個方向均具有超強的傳熱性能,可以有效降低板內擴展熱阻以及板與末端冷板或散熱器間的接觸熱阻。均熱板結構如圖所示,主要由密封容器腔、支撐柱、毛細結構及工作流體組成。腔體通過充填工作流體并抽真空的方式給予腔體內一低壓真空環境后進行密封,其中腔體受熱部分稱為蒸發區,與熱沉進行熱交換部分稱為冷凝區。工作流體蒸發區吸收熱量汽化并迅速擴張至整個腔體,在冷凝區放出熱量冷凝成液態,液態工質通過毛細結構返回蒸發區,如此循環實現熱量的快速傳遞。