Powszechnie stosowane rozwiązania termiczne urządzeń elektronicznych
Nowoczesne urządzenia energoelektroniczne szybko rozwijają się w kierunku wysokiej integracji, dużej gęstości montażu i dużej szybkości działania. Jako rdzeń urządzeń energoelektronicznych chip pracuje coraz szybciej, zużywa coraz więcej energii i emituje coraz więcej ciepła. Jeśli zdolność rozpraszania ciepła urządzenia nie jest duża, rozpraszanie mocy spowoduje wzrost temperatury aktywnego obszaru chipa i temperatury złącza w urządzeniu.
Wskaźnik awaryjności komponentów ma wykładniczy związek z temperaturą złącza, a wydajność spada wraz ze wzrostem temperatury złącza. Awaryjność wzrasta dwukrotnie na każde 10 stopni wzrostu temperatury pracy podzespołów.
Dlatego, aby poprawić wydajność pracy i niezawodność urządzeń energoelektronicznych, bardziej konieczne i pilne jest przeprowadzenie rozsądnego projektu termicznego sprzętu elektronicznego i podjęcie rozsądnych zewnętrznych środków rozpraszania ciepła. Obecnie powszechne technologie rozpraszania ciepła urządzeń energoelektronicznych obejmują chłodzenie powietrzem, chłodzenie cieczą, technologię rur grzewczych itp.
Chłodzenie powietrzem:
Używanie chłodzonego powietrzem radiatora do chłodzenia układów elektronicznych jest najprostszą, najbardziej bezpośrednią i najtańszą metodą rozpraszania ciepła. Ogólnie rzecz biorąc, technologia chłodzenia powietrzem lub wymuszonym chłodzeniem powietrzem jest najczęściej stosowana w urządzeniach lub sprzęcie elektronicznym o niskim lub średnim poborze mocy. Obecnie stosowane są zaawansowane wentylatory i zoptymalizowane radiatory o dużej powierzchni. Wydajność chłodzenia technologii chłodzenia powietrzem może sięgać 50 W · cm{3}}. Zasada działania radiatora chłodzonego powietrzem jest bardzo prosta: ciepło rozpraszane przez chip jest przekazywane do metalowej podstawy przez materiały wiążące, a następnie do radiatora. Ciepło jest rozpraszane do powietrza poprzez konwekcję naturalną lub konwekcję wymuszoną. Przewodzenie i konwekcja to dwie główne metody wymiany ciepła. Aby w dopuszczalnych warunkach temperaturowych przekazać ciepło rozpraszane przez chip do otoczenia atmosferycznego, można zastosować następujące metody wzmocnienia przewodnictwa i konwekcyjnego chłodzenia termicznego.
Chłodzenie cieczą:
Chłodzenie cieczą jest również nazywane chłodzeniem wodnym. Jego wydajność chłodzenia jest wysoka, jego przewodność cieplna jest ponad 20 razy większa niż w przypadku tradycyjnego chłodzenia powietrzem, a chłodzenie powietrzem nie generuje dużego hałasu, co może lepiej rozwiązać problemy chłodzenia i redukcji hałasu. Urządzenie chłodzące cieczą można z grubsza podzielić na cztery części: mikropompa wodna, rura obiegowa, skrzynka pochłaniająca ciepło i radiator. Zasada rozpraszania ciepła chłodzenia wodą jest bardzo prosta. Rozpraszanie ciepła chłodzenia wodnego jest zamkniętym urządzeniem z obiegiem cieczy, dzięki mocy generowanej przez pompę promowana jest cyrkulacja cieczy w układzie zamkniętym, a ciepło wytwarzane przez układ scalony pochłaniany przez skrzynkę pochłaniania ciepła jest doprowadzane do urządzenia rozpraszającego ciepło z większy obszar rozpraszania ciepła przez obieg cieczy. Schłodzona ciecz powraca ponownie do urządzenia pochłaniającego ciepło w celu ciągłego chłodzenia obiegowego.
Technologia rurek cieplnych:
Rura cieplna jest elementem wymiany ciepła o wysokiej wydajności wymiany ciepła. Wymiana ciepła między płynami zimnymi i gorącymi jest sprzężona przez proces przemiany fazowej parowania i skraplania czynnika roboczego w rurze cieplnej. Jego równoważna przewodność cieplna może osiągnąć 103 ~ 104 razy większą niż w przypadku metalu. W porównaniu z tradycyjnymi urządzeniami do rozpraszania ciepła, rura cieplna nie musi zużywać energii, ma małą przestrzeń i wysoką wydajność chłodzenia. Przenikanie ciepła na jednostkę powierzchni jest wysokie. Jako wydajny element przewodzący ciepło, rura cieplna nadaje się do rozpraszania ciepła przy dużym strumieniu ciepła i może być stosowana w elementach elektronicznych w celu uzyskania wysokiego współczynnika eksportu ciepła. Obecnie maksymalna moc rozpraszania ciepła znanego radiatora z rurką cieplną do odprowadzania ciepła elementów elektronicznych dużej mocy osiągnęła 200W · cm{4}}.
Różne rozwiązania chłodzenia termicznego mają różne zalety i wady. W praktycznych zastosowaniach należy dobierać zróżnicowane metody odprowadzania ciepła do potrzeb urządzeń elektroenergetycznych. Tylko w ten sposób sprzęt elektroniczny może w pełni wykorzystać swoją maksymalną wydajność i stabilną żywotność.
