一种通过红外辐射降低物体平衡温度的方法
【专利摘要】本发明属于热设计领域，具体为一种通过红外辐射降低物体平衡温度的方法。本发明通过在目标体表面设置一层高发射率的薄膜，以增大物体表面的红外辐射能力，从而将物体表面的热量带走以完成散热功能；并且高发射率的带宽越宽，发射率越大降温效果越明显。薄膜厚度在几个微米量级，其高发射率波段处于2.5μm?25μm范围中且具有大于0.5的发射率。本发明具有：高发射率薄膜制作工艺简单成熟，可操作性强，成本较低；不需要额外能量输入，属于被动式降温；随着物体表面温度越高，降温效果越明显；不同于散热片等传统的被动散热方式，不需要在风扇等助力的共同作用下才能达到散热目的。
【专利说明】
一种通过红外辐射降低物体平衡温度的方法
技术领域
[0001]本发明属于热设计领域，特别涉及红外辐射在电子元器件散热方面的应用，具体为一种通过红外辐射降低物体平衡温度的方法。【背景技术】
[0002]随着电子及通讯技术的迅速发展，高性能芯片和集成电路的使用越来越广泛。电子器件芯片的功率不断增大，而体积却逐渐缩小，并且大多数电子芯片的待机发热量低而运行发热量大，瞬间温升快。高温会对电子器件的性能产生有害的影响，据统计电子设备的失效55%是温度超过规定值引起的，电子器件散热技术越来越成为电子设备开发、研制中非常关键的技术。这其中涉及了与传热有关的散热或冷却方式、材料等多方面内容。依照散热器带走热量的方式，可以将散热器分为主动散热和被动散热，前者常见的是风冷散热器， 而后者常见的就是散热片。进一步细分散热方式，可以分为风冷，热管，也冷，半导体致冷， 压缩机致冷等等。
[0003]目前，所有的电子器件散热技术都是基于热传导和热对流两种方式。但早在1970 年代就有科学家研究辐射致冷，辐射致冷是将温度接近绝对零度的大气层外的宇宙空间作为一个天然的巨大冰库，物体通过物体本身与宇宙空间的温度差来降温，这是一种以热辐射为主要方式的不耗能的冷却方式。近年来，国外多位科学家从实验上实现了光学特性和大气窗口匹配的波长选择性表面，相对于黑辐射体，这个波长选择性表面被暴露于晴空时能够显著降低温度。但大气层中的水蒸汽、二氧化碳和臭氧等对波长在8-13M1的大气窗口之外的红外线具有强烈的吸收，所以阻碍了地面物体向宇宙空间直接散热。所以波长选择性的高发射波段只能限制于8-13M1波段，这样才能通过这个热辐射窗口发射热辐射来达到系统表面平衡温度的降低。
【发明内容】
[0004]针对上述存在的问题和不足，为了在原有散热效果上增强散热，且考虑到能耗，本发明提出了一种通过红外辐射降低物体平衡温度的方法，即被动降温的方法。
[0005]本发明采用的技术方案是，将具有高发射率的薄膜设置于目标体表面。此薄膜厚度在几个微米量级，其高发射率波段处于2.5M1-25M1范围中且具有大于0.5的发射率。
[0006]所述薄膜设置于电子元器件外壳非通风表面，具体方式为通过导热胶后期粘贴在电子元器件外壳非通风表面。
[0007]由于一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射，温度越高，物体表面的发射率越大，辐射出的总能量就越大。但是由于大多数电子元器件表面的金属都只具有很低发射率，所以影响了电子元器件通过红外辐射散热的能力。
[0008]所谓被动降温，就是这种散热方法使得物体不需要任何能量输入来驱动，只通过自身产生的红外辐射来达到降温的目的，能起到节省能源的作用。并且这种方法将电子器件周围空气而不是宇宙空间作为低温物体，所以并不要求高发射波段必须在8-13WI1的大气窗口，只要求存在高发射的波段即可。当电子器件温度升高，与周围空气形成温度差，电子器件表面就将通过热辐射带走热量从而冷却。
[0009]本发明通过在目标体外壳表面设置一层高发射率的薄膜，以增大物体表面的红外辐射能力，从而将物体表面的热量带走以完成散热功能;并且高发射率的带宽越宽，发射率越大降温效果越明显。
[0010]综上所述，本发明具有:[〇〇11]1.高发射率薄膜制作工艺简单成熟，可操作性强，成本较低；[〇〇12]2.不需要额外能量输入，属于被动式降温；
[0013]3.随着物体表面温度越高，降温效果越明显；
[0014]4.不同于散热片等传统的被动散热方式，不需要在风扇等助力的共同作用下才能达到散热目的。【附图说明】
[0015]图1测试装置剖面示意图；
[0016]图2实施例一的样品发射率；[〇〇17]图3实施例一样品温度测试结果；
[0018]图4实施例二的样品发射率；
[0019]图5实施例二样品温度测试结果；
[0020]图6实施例三的样品发射率；[〇〇21]图7实施例三样品温度测试结果。【具体实施方式】
[0022]作为更具体的实施示例，将硅基底表面覆盖波段高发射率薄膜与硅基底表面为铝薄膜的样品四周绝热，底部加温度，使得样品上表面的热辐射成为与外界环境发生换热的主要方式，用热电偶分别测试底部加热片以及样品上表面温度，如图1，并以此对比为例，对本发明进行说明。[〇〇23] 实施例1:[〇〇24] 一种以周期结构实现波段高发射率，是在200nm厚的铝薄膜上生长一层厚度为 60nm，边长为1.8mi，周期为2.4wii的方形三氧化二错薄膜图案，最后再长一层厚度为50nm的铝膜，且该铝膜具有与三氧化二铝薄膜相同的边长与周期。[〇〇25]上述方式设计得到的周期结构，高发射率波段在5.1-6.lMi，发射率为0.7，其他波长为低发射，发射率为0.3。铝的发射率为0.1。在物体表面为金属铝时且温度为327K时，高发射薄膜温度为325K。且随着加热片温度增高至753K时，高发射薄膜与铝薄膜温度差能达到 15K〇[〇〇26] 实施例2:[〇〇27] 一种以周期结构实现波段高发射率，是在200nm厚的铝薄膜上生长一层厚度为 60nm，直径为1.7_，周期为2.4_的圆形三氧化二纪薄膜图案，最后再长一层厚度为100nm 的铝膜，且该铝膜具有与三氧化二钇薄膜相同的直径与周期。[〇〇28]上述方式设计得到的周期结构，其高发射率波段在5.6-6.5mi，发射率为0.8，其他波长为低发射，发射率为0.16。铝的发射率为0.1。在物体表面为金属铝时且温度为327K时， 高发射率薄膜温度为326K。且随着加热片温度增高至753K时，高发射率薄膜与铝薄膜温度差能达到18K。[〇〇29] 实施例3:[〇〇3〇] 一种以周期结构实现波段高发射率，是在200nm厚的铝薄膜上生长一层厚度为 250nm，直径为3.2WH，周期为6wii的三氧化二错薄膜圆形图案，最后再长一层厚度为100nm的铝膜，且该铝膜具有与三氧化二铝薄膜相同的直径与周期。[0031 ]上述方式设计得到的周期结构，其高发射率波段在8-lOwn，发射率为0.6，其他波长为低发射，发射率为0.15。铝的发射率为0.1。在物体表面为金属铝时且温度为327K时，高发射薄膜温度为325K。且随着加热片温度增高至753K时，高发射薄膜与铝薄膜温度差能达到 20K。
【主权项】
1.一种通过红外辐射降低物体平衡温度的方法，其特征在于:在目标体表面设置一层 高发射率的薄膜，薄膜厚度在几个微米量级，其高发射率波段处于2.5M1-25M1范围中且具 有大于0.5的发射率。2.如权利要求1所述通过红外辐射降低物体平衡温度的方法，其特征在于:所述薄膜设 置于电子元器件外壳非通风表面。3.如权利要求1所述通过红外辐射降低物体平衡温度的方法，其特征在于:薄膜设置的 方式为通过导热胶后期粘贴。
【文档编号】H01L21/02GK105977228SQ201610522875
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月5日
【发明人】周佩珩, 郝松, 谢建良, 邓龙江, 翁小龙
【申请人】电子科技大学