工程师通常将热管理和冷却视为由两部分组成的问题。首先，有一个全局“宏观”情况，即没有单个组件过热，但总热量积聚使电路板或机箱超出可接受的限制。其次，是局部的“微型”情况，其中一个或多个有源或无源组件(功率器件、高端处理器、FPGA、电流检测电阻器)需要冷却，以避免慢时钟模式、烧毁或由于温度系数引起的过度漂移。当然，微观问题是宏观问题的主要贡献者。

　　热过剩的解决方案在原则上是众所周知的：只需使用对流、传导和辐射冷却的某种组合， 图1.

　　图1 这三种传热模式很好理解，可以作为冷却计划分析的第一步进行建模和模拟。

　　但这就是简单性结束的地方。您可以对散热解决方案进行建模，但通常需要的不仅仅是一个风扇或几个附加散热器才能创建一个机械合理的设计，将您的热量传递到那个叫做“离开”的神秘地方，这是多余热量的热储存器。

　　这就是机械设计师和生产工程师赢得一些认真尊重的地方，因为他们必须将热目标转化为有形的、可制造的现实。一种经过十多年现场验证的先进冷却技术被称为“混合”方法，以 RuggedCool℠ 的专利技术为代表 通用微系统公司.

　　与空气或冷却液集中在单个组件和热点的传统方法不同，这里的热量通过中央“散热器”核心增压室排空到整个系统的整个冷板组件，该核心增压室本质上是一个全系统冷却板， 图2.

　　图2 在 RuggedCool 设计中，中央散热器核心增压室用作整个系统的冷却板。源： 通用微系统公司

　　在此设计中，每个组件、电路板或子系统都使用冷板机制进行传导冷却，热量从其各自的散热器传导到整个系统的组合散热器组件。

　　这一切听起来都很简单，但实施起来是一个挑战。GMS技术使用具有极低热阻的波纹合金块，在处理器芯片上充当散热器(假设这是主要热源)。一旦热量分布在更大的区域，密封室中的液态银化合物就被用来将热量从吊具传递到系统的外壳。有一个铜表面，一个铝表面，中间夹着一层银。

　　这种方法从CPU内核到冷板的温差小于10°C，而传统方法的温差超过25°C。 图3.

　　图3 由此产生的排列在CPU内核和冷板之间具有10°C的低温差。源： 通用微系统公司

　　这是一种液体冷却形式，但没有与移动流体相关的头痛或问题。使用液态银等材料清楚地表明该技术价格昂贵，但它适用于没有其他可行解决方案的应用。

　　这种方法与仅仅添加冷却板以生产传导冷却系统形成鲜明对比。这可能导致冷却不足，因为除CPU本身(或其他主要热源)以外的发热设备由CPU的热传导路径冷却。当然，这与从CPU吸取热量的目标背道而驰。

　　通过将所有热量引导到中央增压室，吹气的效率(如果有的话)可以最大化。它还允许一个密封系统，其中只有中央增压室对环境开放，从而更容易管理灰尘和湿气进入，同时也减轻了EMI控制的电气挑战。

　　这种技术提供了与冲击和振动相关的好处，冲击和振动是许多组件的无声和长期“杀手”。在这里，CPU芯片不与系统外壳直接接触，而是通过充当减震器的液银室进行连接。这可以防止冲击从外壳传递到倒装芯片球栅阵列(FCBGA)，从而将CPU与持续的振动引起的微断裂(及时导致CPU故障)隔离开来。

　　毫无疑问，这是一个复杂、昂贵的机械设计，但电子工程师和他们的客户只能怪他们自己。毕竟，耗散已经从一百瓦左右增加到超过一千瓦 - 一个1U尺寸(13/4英寸高)的19英寸宽机架单元(RU)现在可以达到1.5 kW甚至更多，因此需要创新的方法和新的想法。

　　并非所有这些都需要这项技术的复杂性和精密性。在某些情况下，只需切换到提供大大增强的热路径的卡笼导轨和把手可能会有很大帮助(请参阅相关内容)。

　　您是否曾经参与过冷却场景，其中所需策略的物理实现比热模型所建议的挑战要大得多?该解决方案只是对现有组件的仔细考虑的应用程序，还是需要自定义组件和专用资源?

　　比尔·施韦伯 是一个写了三本教科书、数百篇技术文章、观点专栏和产品功能的 EE。