Półprzewodnikowa technologia chłodzenia chłodniczego

Wraz z nieustanną pogonią za ludzką mocą obliczeniową, coraz więcej tranzystorów jest umieszczanych w chipie obliczeniowym. Gęstość każdej jednostki obliczeniowej rośnie. Jednocześnie wyższa częstotliwość zapewnia również wyższe napięcie robocze i zużycie energii chipowi. Można przewidywać, że w ciągu najbliższych kilku lat będziemy nadal dążyć do poprawy wydajności obliczeniowej chipa, co oznacza również, że musimy również stale rozwiązywać problem rozpraszania ciepła związanego z temperaturą chipa.

Technologia półprzewodnikowego chłodzenia chłodniczego oparta na zasadzie efektu termoelektrycznego to nowa metoda chłodzenia o wysokiej sterowalności, prostej obsłudze i niskich kosztach. Jest stopniowo stosowany w dziedzinie odprowadzania ciepła.

Efekt termoelektryczny to bezpośrednie przekształcenie napięcia generowanego przez różnicę temperatur i odwrotnie. Mówiąc najprościej, urządzenie termoelektryczne, gdy między ich dwoma końcami jest różnica temperatur, wytworzy napięcie, a po przyłożeniu do niego napięcia wytworzy również różnicę temperatur. Efekt ten może być wykorzystany do generowania energii elektrycznej, pomiaru temperatury oraz chłodzenia lub ogrzewania obiektów. Ponieważ kierunek nagrzewania lub chłodzenia zależy od przyłożonego napięcia, urządzenia termoelektryczne bardzo ułatwiają kontrolę temperatury.

W porównaniu z tradycyjnym chłodzeniem powietrzem i chłodzeniem cieczą, półprzewodnikowe chłodzenie chipów chłodniczych ma następujące zalety: 1 Temperaturę można obniżyć poniżej temperatury pokojowej;

2. Dokładna kontrola temperatury (przy użyciu obwodu kontroli temperatury w zamkniętej pętli, dokładność może osiągnąć ± 0,1 stopnia);

3. Wysoka niezawodność (elementy chłodnicze to solidne urządzenia bez ruchomych części, o żywotności ponad 200000 godzin i niskiej awaryjności);

4. Brak hałasu w pracy.

Wyzwanie chłodzenia TE:

1. Obecnie współczynnik chłodniczy półprzewodnika jest niewielki, a energia zużywana podczas chłodzenia jest znacznie większa niż pojemność chłodnicza. Współczynnik zużycia energii grzejnika Tec jest zbyt niski, a grzejnik Tec nie może stać się na tym etapie głównym rozwiązaniem chłodzącym.

2. Gdy łopatka chłodnicza TEC działa, wymaga efektywnego rozpraszania ciepła na gorącym końcu podczas chłodzenia na zimnym końcu. Oznacza to, że jeśli urządzenie chłodnicze TEC chce przeprowadzać chłodzenie o dużej mocy i wysyłać do procesora w celu rozpraszania ciepła, musi ono również być stale rozpraszane, co skutkuje niemożnością niezależnej pracy urządzeń o dużej mocy.

3. Wilgoć w powietrzu łatwo tworzy kondensację w częściach poniżej temperatury pokojowej w obliczu dużej różnicy temperatur środowiska wytwarzanego przez tec. Konieczne jest zaprojektowanie odpowiedniego środowiska uszczelniającego wokół procesora, aby uniknąć ryzyka kondensacji i uszkodzenia elementów płyty głównej.

Wraz z poprawą procesu zwiększa się gęstość tranzystorów, a obszar matrycy rdzenia procesora staje się coraz mniejszy. Zgodnie z zasadą termodynamiki, gdy powierzchnia przewodzenia ciepła jest mniejsza, potrzebna jest większa różnica temperatur, aby utrzymać sprawność przewodzenia ciepła. Tradycyjna forma rozpraszania ciepła o mniejszej różnicy temperatur nie rozwiąże tego problemu. Nawet jeśli zużycie energii przez procesor nie jest wysokie, nadal będzie poważnie akumulować ciepło, powodując zbyt niski limit częstotliwości. Tec ma oczywiście duży atrybut różnicy temperatur (temperatura na końcu pochłaniania ciepła może łatwo osiągnąć - 20 stopni), co może być najlepszym rozwiązaniem problemu małej powierzchni i wysokiego przewodzenia ciepła.