工程師通常將熱管理和冷卻視為由兩部分組成的問題。首先，有一個全局“宏觀”情況，即沒有單個組件過熱，但總熱量積聚使電路板或機箱超出可接受的限制。其次，是局部的“微型”情況，其中一個或多個有源或無源組件(功率器件、高端處理器、FPGA、電流檢測電阻器)需要冷卻，以避免慢時鐘模式、燒毀或由于溫度系數(shù)引起的過度漂移。當(dāng)然，微觀問題是宏觀問題的主要貢獻者。

　　熱過剩的解決方案在原則上是眾所周知的：只需使用對流、傳導(dǎo)和輻射冷卻的某種組合， 圖1.

　　圖1 這三種傳熱模式很好理解，可以作為冷卻計劃分析的第一步進行建模和模擬。

　　但這就是簡單性結(jié)束的地方。您可以對散熱解決方案進行建模，但通常需要的不僅僅是一個風(fēng)扇或幾個附加散熱器才能創(chuàng)建一個機械合理的設(shè)計，將您的熱量傳遞到那個叫做“離開”的神秘地方，這是多余熱量的熱儲存器。

　　這就是機械設(shè)計師和生產(chǎn)工程師贏得一些認(rèn)真尊重的地方，因為他們必須將熱目標(biāo)轉(zhuǎn)化為有形的、可制造的現(xiàn)實。一種經(jīng)過十多年現(xiàn)場驗證的先進冷卻技術(shù)被稱為“混合”方法，以 RuggedCool? 的專利技術(shù)為代表 通用微系統(tǒng)公司.

　　與空氣或冷卻液集中在單個組件和熱點的傳統(tǒng)方法不同，這里的熱量通過中央“散熱器”核心增壓室排空到整個系統(tǒng)的整個冷板組件，該核心增壓室本質(zhì)上是一個全系統(tǒng)冷卻板， 圖2.

　　圖2 在 RuggedCool 設(shè)計中，中央散熱器核心增壓室用作整個系統(tǒng)的冷卻板。源： 通用微系統(tǒng)公司

　　在此設(shè)計中，每個組件、電路板或子系統(tǒng)都使用冷板機制進行傳導(dǎo)冷卻，熱量從其各自的散熱器傳導(dǎo)到整個系統(tǒng)的組合散熱器組件。

　　這一切聽起來都很簡單，但實施起來是一個挑戰(zhàn)。GMS技術(shù)使用具有極低熱阻的波紋合金塊，在處理器芯片上充當(dāng)散熱器(假設(shè)這是主要熱源)。一旦熱量分布在更大的區(qū)域，密封室中的液態(tài)銀化合物就被用來將熱量從吊具傳遞到系統(tǒng)的外殼。有一個銅表面，一個鋁表面，中間夾著一層銀。

　　這種方法從CPU內(nèi)核到冷板的溫差小于10°C，而傳統(tǒng)方法的溫差超過25°C。 圖3.

　　圖3 由此產(chǎn)生的排列在CPU內(nèi)核和冷板之間具有10°C的低溫差。源： 通用微系統(tǒng)公司

　　這是一種液體冷卻形式，但沒有與移動流體相關(guān)的頭痛或問題。使用液態(tài)銀等材料清楚地表明該技術(shù)價格昂貴，但它適用于沒有其他可行解決方案的應(yīng)用。

　　這種方法與僅僅添加冷卻板以生產(chǎn)傳導(dǎo)冷卻系統(tǒng)形成鮮明對比。這可能導(dǎo)致冷卻不足，因為除CPU本身(或其他主要熱源)以外的發(fā)熱設(shè)備由CPU的熱傳導(dǎo)路徑冷卻。當(dāng)然，這與從CPU吸取熱量的目標(biāo)背道而馳。

　　通過將所有熱量引導(dǎo)到中央增壓室，吹氣的效率(如果有的話)可以最大化。它還允許一個密封系統(tǒng)，其中只有中央增壓室對環(huán)境開放，從而更容易管理灰塵和濕氣進入，同時也減輕了EMI控制的電氣挑戰(zhàn)。

　　這種技術(shù)提供了與沖擊和振動相關(guān)的好處，沖擊和振動是許多組件的無聲和長期“殺手”。在這里，CPU芯片不與系統(tǒng)外殼直接接觸，而是通過充當(dāng)減震器的液銀室進行連接。這可以防止沖擊從外殼傳遞到倒裝芯片球柵陣列(FCBGA)，從而將CPU與持續(xù)的振動引起的微斷裂(及時導(dǎo)致CPU故障)隔離開來。

　　毫無疑問，這是一個復(fù)雜、昂貴的機械設(shè)計，但電子工程師和他們的客戶只能怪他們自己。畢竟，耗散已經(jīng)從一百瓦左右增加到超過一千瓦 - 一個1U尺寸(13/4英寸高)的19英寸寬機架單元(RU)現(xiàn)在可以達(dá)到1.5 kW甚至更多，因此需要創(chuàng)新的方法和新的想法。

　　并非所有這些都需要這項技術(shù)的復(fù)雜性和精密性。在某些情況下，只需切換到提供大大增強的熱路徑的卡籠導(dǎo)軌和把手可能會有很大幫助(請參閱相關(guān)內(nèi)容)。

　　您是否曾經(jīng)參與過冷卻場景，其中所需策略的物理實現(xiàn)比熱模型所建議的挑戰(zhàn)要大得多?該解決方案只是對現(xiàn)有組件的仔細(xì)考慮的應(yīng)用程序，還是需要自定義組件和專用資源?

　　比爾·施韋伯 是一個寫了三本教科書、數(shù)百篇技術(shù)文章、觀點專欄和產(chǎn)品功能的 EE。