摘要：随着电子设备热管理技术的不断发展，新的散热手段和组合方式在实践过程中不断被应用以应对各种使用环境。为了应对恶劣的电磁兼容环境，密闭箱体结构成为提升电磁屏蔽能力的有效措施，而密闭结构对热管理提出更高的要求，尤其是高功率和小型化设备的密闭结构散热问题成为难点。本文提出一种热管和风机的组合散热方式，满足密闭箱体的结构要求，提升电磁兼容特性，同时能够高效散热，提高设备可靠性。
关键词：热管理；电子设备；电磁兼容
0引言
随着电子设备电磁兼容要求不断提高，设备热管理也相应提出了更高的要求。风冷和液冷是常用的散热手段，风冷的特点是散热效率一般，但成本低，驱动结构简单；水冷的特点是散热效率高，但是结构复杂且制造维护成本高，因此在选用的有限顺序上，通常风冷高于水冷。当热流密度高于风冷散热能力时，传统设计上水冷成为主要选择，但是随着新的散热技术在实践中不断运用，比如TEC热电制冷、热管散热和均热板散热等，热管理有了更多的选择的可能性，近年来，具备高导热系数的热管常被作为重要的散热技术手段运用到电子设备散热中，并取得了很好的效果。新技术的应用给热管理增加了更多的选择，传统中需要采用风冷方式的散热环境，可以考虑自然散热方式来完成；需要采用液冷方式的散热环境，可以考虑采用风冷散热方式来完成。对散热方式的优化选择可以大大减少整个系统的散热结构，降低制造成本，提升系统运行的可靠性。电子设备的小型化更是推动了相应热管理技术的发展，新时代的热管理技术将全面的使用多种散热手段，在散热效率、运行成本和设备空间中找到最优的平衡。
1测试设备热管理设计
1.1测试设备模型
为了提高仿真效率，在不影响仿真结果的基础上对地面测试设备做了一些简化，模型如图1所示，长宽高尺寸为340mm*220mm*70mm。该设备内部装有末级芯片、驱动芯片以及两张装有其他元器件的PCB印制板，末级芯片、驱动芯片通过H20E粘接于腔体上，PCB印制板通过螺钉连接的方式固定于腔体上。外部可见的腔体固定于底板（带热管）上，两侧是散热器，散热器的一侧装有风机。地面测试设备是密闭腔体结构，可以提升设备电磁兼容特性和设备整体的可靠性。两侧散热器设计主要是基于空间要求，在空间受限的情况下最大限度的利用空间，并配合完成热管理设计。
1.2热管理方式
印制板中的器件与凸台之间添加导热垫减少热阻，导热垫导热系数5W/(m*K)，厚度为1mm，末级芯片和驱动芯片H20E粘接于腔体上。该系统中器件热源分布如表1所示，总热耗240.3W，环境温度为-20℃~70℃。设备工作于地面散热环境，低温环境通过元器件本身属性保证，主要考虑高温环境热管理设计。高温设置为70℃，考虑辐射散热，表面发射系数0.8，结合本项目具体情况，拟采用风冷散热。由于末级芯片和驱动芯片集中分布于安装板上，热流密度较高，因此采用热管+散热器的组合散热措施，散热路径如图2所示，芯片热量传递到腔体上，腔体再将热量传递给接触的热管底板，底板再将热量传递给散热器，由风机将散热器的热量带走。为了使传热路径尽量短同时满足空间要求，散热器布置在密闭腔体两侧，在接触的两个面之间用导热垫降低热阻，热管导热系数2000W/(m*K)，风机尺寸为60mm*60mm*25mm。热管还可以解决热量集中的问题，末级芯片尺寸小，功耗大，热管具有高导热系数可以将芯片产生的热量迅速传递出去，从而避免造成热集聚。
1.3热仿真结果
经过仿真计算得到空气流动轨迹和元器件末级芯片温度分布如图3所示，风机冷风最高速度为18.13m/s，元器件中最高温度为末级芯片温度113.1℃。
1.4热仿真结论
根据热传递原理可知，器件仿真温度与芯片内热阻引起的温升相加得到最终仿真温度如表2所示，由表可以看出，作为监控的重点发热元器件末级芯片和驱动芯片仿真结温为120.6℃和98.6℃，满足额定结温要求，其余各元器件温度均满足要求，低温通过器件本身属性保证。
2结束语
本文通过热管+风机的组合形式解决了在空间受限和电磁兼容同时要求下地面测试设备热管理问题，元器件均满足温控要求。该地面测试设备元器件热管理设计既满足了电磁兼容要求的密闭结构，也在规定空间内完成了结构的合理布局，通过使用热管解决了小尺寸大功耗芯片热集聚的问题，实现了风冷方式的设备小型化。热管+风机的组合方式具有很高的可靠性，同时制造和运行成本合理，为该类型设备热管理提供了一种设计参考。
参考文献
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[2]付典林.基于Icepak的密闭式工业计算机散热设计与分析[J].新型工业化,2019.
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作者:刘绍辉 肖永平 单位:中科芯集成电路有限公司
