Kilka efektywnych metod odprowadzania ciepła
Wydajność produktów elektronicznych staje się coraz większa, a gęstość integracji i montażu stale rośnie, co prowadzi do gwałtownego wzrostu zużycia energii operacyjnej i wytwarzania ciepła. Awarie materiałowe spowodowane koncentracją ciepła w elementach elektronicznych stanowią zdecydowaną większość całkowitego wskaźnika awaryjności, a technologia zarządzania temperaturą jest kluczowym czynnikiem branym pod uwagę w produktach elektronicznych. Konieczne jest wzmocnienie kontroli termicznej elementów elektronicznych w tym zakresie.
Na efektywne odprowadzanie ciepła z elementów elektronicznych wpływają zasady wymiany ciepła i mechaniki płynów. Rozpraszanie ciepła elementów elektrycznych ma na celu kontrolowanie temperatury pracy urządzeń elektronicznych, zapewniając w ten sposób ich temperaturę pracy i bezpieczeństwo, obejmujące głównie różne aspekty, takie jak odprowadzanie ciepła i materiały. Obecnie rozpraszanie ciepła elementów elektronicznych obejmuje głównie metody naturalne, wymuszone, płynne, chłodnicze, dywersyjne, izolację termiczną i inne metody.
Technologia chłodzenia odnosi się głównie do sposobów, metod i technik projektowania zewnętrznego układu termicznego, obejmujących różne aspekty, takie jak rozpraszanie ciepła lub metody chłodzenia, materiały itp. związane z przenoszeniem ciepła. Zgodnie z różnymi metodami przewodzenia ciepła i konwekcji produkty grzejnikowe można podzielić na tryby aktywne i pasywne.
Chłodzenie naturalne to powszechnie stosowana metoda chłodzenia aktywnego, która wykorzystuje wysoką przewodność cieplną materiałów (głównie profili) do odprowadzania ciepła i oddawania go do powietrza. W przypadku braku określonych wymagań dotyczących prędkości wiatru, radiatorem wykorzystującym naturalną konwekcję jest płyta miedziano-aluminiowa, wytłaczane aluminium lub odlew ze stopu w celu uzyskania chłodzenia produktu. Naturalne metody chłodzenia stosowane są głównie w elementach elektronicznych o niskich wymaganiach dotyczących kontroli temperatury, sprzęcie o małej mocy i komponentach o stosunkowo małej gęstości strumienia ciepła do ogrzewania urządzeń.
Metoda wymuszonego chłodzenia powietrzem to sposób na przyspieszenie przepływu powietrza wokół elementów elektronicznych i usunięcie ciepła przez wentylatory i inne środki. Chłodzenie Force Air jest również powszechną technologią rozpraszania ciepła, która jest stosunkowo prosta w produkcji, ma zalety stosunkowo niskiej ceny i prostej instalacji. Metodę tę można zastosować w elementach elektronicznych, jeśli przestrzeń jest wystarczająco duża, aby umożliwić przepływ powietrza lub jeśli zainstalowano pewne urządzenia odprowadzające ciepło. W praktyce odpowiednie zwiększenie całkowitej powierzchni odprowadzania ciepła i wygenerowanie stosunkowo dużego współczynnika konwekcyjnego przenikania ciepła na powierzchni odprowadzania ciepła to główne sposoby zwiększenia tej zdolności konwekcyjnej wymiany ciepła.
Zastosowanie chłodzenia cieczą elementów elektronicznych jest metodą chłodzenia opartą na chipach i komponentach chipowych. Chłodzenie cieczą można głównie podzielić na dwie metody: chłodzenie bezpośrednie i chłodzenie pośrednie. Metoda pośredniego chłodzenia cieczą odnosi się do stosowania ciekłego chłodziwa, które nie styka się bezpośrednio z elementami elektronicznymi, ale zamiast tego przenosi ciepło pomiędzy elementami grzewczymi poprzez system medium pośredniego przy użyciu urządzeń pomocniczych, takich jak moduły cieczowe, moduły przewodności cieplnej, ciecz natryskowa moduły i płynne podłoża.
Metoda bezpośredniego chłodzenia cieczą, znana również jako metoda chłodzenia zanurzeniowego, polega na bezpośrednim kontakcie cieczy z powiązanymi komponentami elektronicznymi, usuwaniu ciepła przez płyn chłodzący i stosowaniu go głównie w urządzeniach o stosunkowo dużej gęstości objętościowej zużycia ciepła lub w środowiskach o wysokiej temperaturze.
Wykorzystując chłodzenie półprzewodników do rozpraszania ciepła lub chłodzenia niektórych konwencjonalnych elementów elektronicznych, znane również jako chłodzenie termoelektryczne, metoda ta wykorzystuje efekt Peltiera samego materiału półprzewodnikowego, aby umożliwić przepływ prądu stałego przez różne materiały półprzewodnikowe i utworzenie szeregowego termopary. W tym momencie ciepło jest pochłaniane i uwalniane na obu końcach termopary, aby uzyskać efekt chłodzenia. Ma zalety małego rozmiaru urządzenia, wygodnej instalacji, dobrej jakości i łatwego demontażu.
Izolacja termiczna odnosi się do stosowania technologii izolacji w celu odprowadzania ciepła i chłodzenia elementów elektronicznych. Dzieli się go głównie na dwie formy: izolację próżniową i izolację niepróżniową. W kontroli temperatury elementów elektronicznych stosuje się głównie obróbkę izolacyjną inną niż próżniowa. Metoda izolacji termicznej wpływa głównie na temperaturę lokalnych komponentów, wzmacnia kontrolę i zapobiega efektom nagrzewania komponentów wysokotemperaturowych i powiązanych obiektów, zapewniając w ten sposób niezawodność całego komponentu i wydłużając żywotność sprzętu. W praktyce, ponieważ temperatura bezpośrednio wpływa na wydajność wymiany ciepła materiałów izolacyjnych, ogólnie rzecz biorąc, im wyższa temperatura, tym więcej potrzeba materiałów izolacyjnych.
W procesie rozwoju układów scalonych gęstość i gęstość cieplna elementów elektronicznych stale rośnie, a ich problemy termiczne stopniowo stają się coraz bardziej widoczne. Wysokiej jakości metody chłodzenia mogą zapewnić wskaźniki wydajności elementów elektronicznych. W zastosowaniach praktycznych konieczne jest kompleksowe uwzględnienie specyficznej mocy grzewczej i charakterystyk własnych elementów elektronicznych oraz rozsądne zastosowanie różnych metod chłodzenia. Konieczne jest kompleksowe dobranie metod i środków aplikacji w oparciu o konkretne scenariusze zastosowań, a tym samym podkreślenie wskaźników wydajnościowych elementów elektronicznych.
