Поширені теплові рішення для електронного енергетичного обладнання
Сучасне силове електронне обладнання швидко розвивається в напрямку високої інтеграції, високої щільності складання та високої швидкості роботи. Будучи ядром силового електронного обладнання, чіп працює все швидше і швидше, споживає все більше енергії і виділяє все більше тепла. Якщо здатність пристрою розсіювати тепло невисока, розсіювання потужності спричинить підвищення температури активної зони мікросхеми та температури з’єднання в пристрої.
Інтенсивність відмов компонентів має експоненціальну залежність від температури їхнього з’єднання, а продуктивність знижується зі збільшенням температури з’єднання. Інтенсивність відмов збільшується вдвічі на кожні 10 градусів підвищення робочої температури компонентів.
Тому, щоб покращити робочі характеристики та надійність силового електронного обладнання, більш необхідно та терміново виконати розумний тепловий проект для електронного обладнання та прийняти розумні зовнішні заходи розсіювання тепла. В даний час поширені технології розсіювання тепла силового електронного обладнання включають повітряне охолодження, рідинне охолодження, технологію теплових трубок тощо.
Повітряне охолодження:
Використання радіатора з повітряним охолодженням для охолодження електронних мікросхем є найпростішим, найпрямішим і найдешевшим методом розсіювання тепла. Загалом, технологія повітряного охолодження або примусового повітряного охолодження в основному використовується в пристроях або електронному обладнанні з низьким або середнім енергоспоживанням. Зараз використовуються вдосконалені вентилятори та оптимізовані радіатори великої площі. Охолоджувальна потужність технології повітряного охолодження може досягати 50 Вт · см-2. Принцип роботи радіатора з повітряним охолодженням дуже простий: тепло, що розсіюється мікросхемою, передається металевій основі через склеювальні матеріали, а потім до радіатора. Тепло розсіюється в повітрі через природну або примусову конвекцію. Кондукція та конвекція є двома основними методами теплопередачі. Для передачі тепла, що розсіюється мікросхемою, в атмосферне середовище за допустимих температурних умов можна застосувати наступні методи для посилення теплопровідності та конвекції теплового охолодження.
Рідинне охолодження:
Рідинне охолодження також називають водяним. Його ефективність охолодження висока, його теплопровідність більш ніж у 20 разів перевищує традиційне повітряне охолодження, і немає високого шуму повітряного охолодження, що може краще вирішити проблеми охолодження та зниження шуму. Пристрій рідинного охолодження можна умовно розділити на чотири частини: мікроводяний насос, циркуляційна труба, теплопоглинальна коробка та радіатор. Принцип розсіювання тепла водяного охолодження дуже простий. Розсіювання тепла водяного охолодження є замкнутим пристроєм для циркуляції рідини. Завдяки потужності, що генерується насосом, циркуляція рідини в замкнутій системі сприяє, а тепло, що виробляється мікросхемою, поглинене коробкою теплопоглинання, надходить до пристрою розсіювання тепла з більша площа для розсіювання тепла через циркуляцію рідини. Охолоджена рідина знову повертається до обладнання для поглинання тепла для постійного циркуляційного охолодження.
Технологія Heatpipe:
Теплова трубка - теплообмінний елемент з високою ефективністю теплопередачі. Теплообмін між холодними і гарячими рідинами пов'язаний з фазовим процесом випаровування і конденсації робочого середовища в теплопроводі. Його еквівалентна теплопровідність може досягати 103 ~ 104 разів, ніж у металу. Порівняно з традиційним обладнанням для розсіювання тепла, теплова труба не потребує споживання електроенергії, має невеликий розмір простору та високу холодопродуктивність, висока тепловіддача на одиницю площі. Як ефективний теплопровідний елемент, теплова трубка підходить для розсіювання тепла під високим тепловим потоком і може використовуватися для електронних компонентів для отримання високої швидкості віддачі тепла. В даний час максимальна потужність розсіювання тепла відомого радіатора з тепловими трубками для розсіювання тепла потужних електронних компонентів досягла 200 Вт · см-2.
Різні рішення для термічного охолодження мають різні переваги та недоліки. У практичному застосуванні різноманітні методи розсіювання тепла необхідно вибирати відповідно до потреб енергетичного обладнання. Лише таким чином електронне обладнання зможе забезпечити максимальну продуктивність і стабільний термін служби.
