Bežne používané tepelné riešenia elektronických energetických zariadení
Moderné výkonové elektronické zariadenia sa rýchlo rozvíjajú smerom k vysokej integrácii, vysokej hustote montáže a vysokej prevádzkovej rýchlosti. Čip ako jadro výkonovej elektroniky pracuje stále rýchlejšie, spotrebúva stále viac energie a vydáva stále viac tepla. Ak kapacita odvádzania tepla zariadenia nie je vysoká, strata výkonu spôsobí zvýšenie teploty aktívnej oblasti čipu a teploty spoja v zariadení.
Miera zlyhania komponentov má exponenciálny vzťah s teplotou ich spoja a výkon klesá so zvyšujúcou sa teplotou spoja. Poruchovosť sa zvyšuje dvakrát pri každom zvýšení pracovnej teploty komponentov o 10 stupňov.
Preto, aby sa zlepšil pracovný výkon a spoľahlivosť výkonových elektronických zariadení, je potrebnejšie a naliehavejšie vykonať primeraný tepelný návrh pre elektronické zariadenia a prijať primerané externé opatrenia na odvod tepla. V súčasnosti medzi bežné technológie odvodu tepla výkonových elektronických zariadení patrí vzduchové chladenie, kvapalinové chladenie, technológia tepelných trubíc atď.
Chladenie vzduchom:
Použitie vzduchom chladeného chladiča na chladenie elektronických čipov je najjednoduchší, najpriamejší a najlacnejší spôsob odvádzania tepla. Všeobecne povedané, technológia chladenia vzduchom alebo chladenia núteným vzduchom sa väčšinou používa v zariadeniach alebo elektronických zariadeniach s nízkou alebo strednou spotrebou energie. V súčasnosti sa používajú pokročilé ventilátory a optimalizované veľkoplošné chladiče. Chladiaci výkon technológie vzduchového chladenia môže dosiahnuť 50 W · cm-2. Princíp vzduchom chladeného chladiča je veľmi jednoduchý: teplo odvádzané čipom sa prenáša na kovovú základňu cez lepiace materiály a potom do chladiča. Teplo sa odvádza do vzduchu prirodzenou konvekciou alebo nútenou konvekciou. Vedenie a konvekcia sú dva hlavné spôsoby prenosu tepla. Na prenos tepla rozptýleného čipom do atmosférického prostredia za prípustných teplotných podmienok je možné použiť nasledujúce metódy na posilnenie tepelného chladenia vedením a konvekciou.
Chladenie kvapalinou:
Chladenie kvapalinou sa nazýva aj vodné chladenie. Jeho chladiaca účinnosť je vysoká, jeho tepelná vodivosť je viac ako 20-krát vyššia ako pri tradičnom vzduchovom chladení a nedochádza k vysokej hlučnosti vzduchového chladenia, čo môže lepšie vyriešiť problémy s chladením a redukciou hluku. Kvapalinové chladiace zariadenie možno zhruba rozdeliť na štyri časti: mikro vodné čerpadlo, cirkulačné potrubie, box na absorpciu tepla a chladič. Princíp odvodu tepla chladením vodou je veľmi jednoduchý. Odvod tepla chladením vodou je uzavreté zariadenie na cirkuláciu kvapaliny, Prostredníctvom energie generovanej čerpadlom sa podporuje cirkulácia kvapaliny v uzavretom systéme a teplo generované čipom absorbovaným boxom na absorpciu tepla sa privádza do zariadenia na odvod tepla s väčšia plocha pre odvod tepla cirkuláciou kvapaliny. Ochladená kvapalina sa opäť vracia do zariadenia na absorpciu tepla na nepretržité cirkulačné chladenie.
Technológia heatpipe:
Tepelná trubica je prvok výmeny tepla s vysokou účinnosťou prenosu tepla. Prenos tepla medzi studenými a horúcimi kvapalinami je spojený s fázovou zmenou procesu vyparovania a kondenzácie pracovného média v tepelnej trubici. Jeho ekvivalentná tepelná vodivosť môže dosiahnuť 103 ~ 104-násobok tepelnej vodivosti kovu. V porovnaní s tradičnými zariadeniami na odvod tepla nepotrebuje tepelná trubica spotrebúvať energiu, má malú veľkosť priestoru a vysokú chladiacu kapacitu, prenos tepla na jednotku plochy je vysoký. Ako účinný tepelne vodivý prvok je tepelná trubica vhodná na odvádzanie tepla pri vysokom tepelnom toku a môže byť použitá pre elektronické komponenty na dosiahnutie vysokej rýchlosti exportu tepla. V súčasnosti dosiahol maximálny výkon odvádzania tepla známeho radiátora s tepelnou trubicou na odvádzanie tepla vysokovýkonných elektronických komponentov 200 W · cm-2.
Rôzne riešenia tepelného chladenia majú rôzne výhody a nevýhody. V praktickej aplikácii je potrebné zvoliť diverzifikované metódy odvodu tepla podľa potrieb energetických zariadení. Len tak môže elektronické zariadenie naplno využiť svoj maximálny výkon a stabilnú životnosť.
