مقدمة

وقد تجاوزت المتطلبات التشغيلية على الأجهزة الإلكترونية الحديثة ذات الطاقة العالية استراتيجيات الإدارة الحرارية التقليدية، أما أجهزة الموصلات الشبهية مثل الإيغ بي تي، وأجهزة التخصيب الغازية، وأجهزة التبريد ذات السعة العالية، وتدفقات الحرارة العالية التي يمكن أن تتجاوز 1 كيلوواط/سم2 في المناطق المحلية، ولا يعد إزالة الحرارة الفعالة مجرد شاغل موثوق به، بل هو العامل الرئيسي الذي يحد من الأداء، وقلة التكلفة، والحلول الأساسية.

وتوفر مصارف الحرارة الصغيرة حلا مباشرا وقويا لهذه الاختناقات الحرارية، إذ تدمج ممرات سوائل ذات سمات هدرائية تتراوح عادة بين 10 و 000 1 ميكروميتر مباشرة إلى أو متاخمة للنموذج الفرعي المولد للحرارة، فإن هذه التكنولوجيا تحفز قوانين النقل الحراري الأساسية لتحقيق مقاييس الأداء التي تفوق كثيرا الأساليب التقليدية، وقد أثبت العمل شبه السنوي الذي تقوم به شركة Tuckerman والشركة في أوائل الثمانينات

فيزياء نقل الحرارة الصغيرة

قوانين التصعيد والتعزيز الإيجابي

The fundamental principle underpinning the effectiveness of microchannel cooling is the inverse relationship between the channel hydraulic diameter (Dh[Fmal resistance]

الأداء الهيدروليكي والضغط على القوارب

وفي حين أن خفض مستوى المقاييس يزيد من نقل الحرارة، فإنه يفرض في نفس الوقت عقوبات صارمة على التدفق السوائل، إذ أن انخفاض الضغط (الرمز) اللازم لدفع السائل عبر مقياس الميكانيكيات الصغرى الذي يزيل بشكل كبير من قطره الخفض، ووفقاً لقانون قناة هاغن - بويزويل المتعلق بالتدفق الحرفي في أنبوب دائري، فإن انخفاض الضغط يتناسب مع القوة الرابعة للمقياس (الضغط على طول الخط = الطول الطول الخفيف)

Conjugate Heat Transfer and Material Selection

:: تشمل مصارف الحرارة الدقيقة عملية نقل حراري متجانسة، حيث يتفاعل التصريف في إطار الطرف الفرعي الصلب تفاعلاً وثيقاً مع التكتل في المبرد، ويحدث ارتفاع التدفق الحراري من أجهزة التحكم شبه الموصلية من خلال المواد الصلبة، وينشر عن بعد على أعلى مستوى من الفرن، ويقلل من مستوى السائل، وتعتمد فعالية هذا الانتشار اعتماداً كبيراً على الجانب الحراري من المواد الصلبة.

أهم مزايا الأداء في النظم ذات النقاط العالية

القدرة على إزالة الألغام

وتعتمد أهم ميزة في التبريد بالمايكرونل على قدرتها على إدارة التدفقات الحرارية القصوى، وتقتصر الأطباق الباردة التقليدية عادة على التدفق الحراري البالغ 50 إلى 100 دبلوم/سم2، وتثبت التطايرات الدقيقة المتقدمة باستخدام التبريد بالفلور الواحد قدرة على معالجة التدفق الحراري تتجاوز 500 و/سم2، وباستعمال التدفق الصاروخي ذي المرحلتين، أثبت الباحثون وجود قدرة على إحداث حرارة(2).

التوحيد الحراري الخارق والتخفيف من آثاره

إن الحفاظ على درجة حرارة موحدة عبر موصل نصفي كبير أمر حاسم بالنسبة لأداء الأجهزة، وسلامة الإشارة، والموثوقية الطويلة الأجل، مما يؤدي إلى زيادة الضغط الميكانيكي، ويمكن أن يؤدي إلى أخطاء في التوقيت في المعالجات الدقيقة، حيث توفر أجهزة التبريد الصغيرة الحجم من الطاقة الحرارية، ويتحقق ذلك بتصميم القنوات وتوزيع التدفقات لتوفير قدرة ثابتة على التبريد على نحو دقيق.

المقاومة الحرارية في المنطقة الشمالية - الساحلية والتقليل من الاضطرابات

ويمكن لتبريد الميكانيكي المباشر أن يقلل من إجمالي المقاومة الحرارية للجهاز الزجري إلى الفلور (R) من المستوى المتوسط، ويمكِّن نظام البرمجيات المتوسطة الحجم من إحداث زيادة في الحجم، ويسمح هذا النوع من المقياس بأن يعمل في حدود مستويات أعلى من المقاييس.

التطبيقات الحرجة عبر الإلكترونيات ذات النقاط العالية

قطارات ولافتات كهربائية

وقد أدى كهرباء صناعة السيارات إلى زيادة الطلب على حلول الإدارة الحرارية الفعالة والرادعة والموثوقة، كما أن أجهزة تحويل الطاقة الكهربائية العاملة في البلدان النامية، وأجهزة التحويل في متنها، إلى توليد حرارة كبيرة أثناء التشغيل.

الحواسيب العالية الأداء وأجهزة الاستعلام

وتُعد مراكز البيانات من أكبر مستهلكي الكهرباء على الصعيد العالمي، حيث يخصص جزء كبير من تلك الطاقة للتبريد، وقد أدى ارتفاع مستوى الطاقة الكهربائية والحساب العالي الأداء إلى إيجاد مجهزات لتوليد كميات كبيرة من الطاقة الحرارية، وقد برزت عملية التبريد بالسائل باستخدام لوحات الميكانيكية الصغيرة كثيفة كثيفة كثيفة كثيفة كحد أقصى لإدارة هذه التحف الحراري.

لازر ديودز و نظم فوتونية

كما أن قدرة الإنتاج والكفاءة وعمر الأغبياء الليزرية شديدة الحساسية لدرجة الحرارة، والهدر الحراري، حيث ينخفض الناتج البصري مع ارتفاع درجة الحرارة، هو قيد كبير، كما أن القضبان ذات الطاقة الليزرية العالية المستخدمة في القطع الصناعي، والعضلات، والتطبيقات الطبية، تولد تقلبات حرارية هائلة في منطقة صغيرة جدا، وتتسبب أجهزة التبريد في ارتفاع مستويات الحرارة في هذه الأجهزة.

التحديات الهندسية واستراتيجيات التخفيف

التصنيع

وتحتاج الميكانيكيات الدقيقة ذات الأبعاد الدقيقة العالية إلى عمليات تصنيع متقدمة، وبالنسبة للمبردات القائمة على السليكون، فإن الأيونيات العميقة التفاعلية، وما إلى ذلك، تستخدم عادة، وهي عملية دفع، ولكنها تتطلب استثمارات رأسمالية كبيرة، أما بالنسبة للمبردات الفلزية، فإن تقنيات مثل استخدام أجهزة التبريد ذات الترددات الدقيقة، أو الكهربية، أو تصنيع مواد مضافة، فتشملها استخداماً كبيراً.

الاعتذار، والثقة، والقابلية للاعتماد

إضافة إلى ذلك، فإن أجهزة التنويم الهيدروليكي الصغيرة تجعل الميكانيكيات الدقيقة قابلة للتأثر في جوهرها بتجميع الجسيمات، ويمكن أن تحجب الجسيمات الواحدة قناة كاملة، مما يؤدي إلى سوء توزيع التدفق وإلى الجفاف المحلي، كما أن العملية الطويلة الأجل تثير القلق بشأن التآكل والتحات والتنقيب البيولوجي، كما أن التصميم الآلي على مستوى النظام يتطلب تخفيف هذه المخاطر، ويشمل ذلك استخدام مواد الرش ذات السعة السعة السعة ال ٢٥.

2 - أوجه عدم الاستقرار

(أ) توفر التبريد المصغر (تغلي التدفق) أعلى معامل نقل حراري ممكن باستخدام الحرارة الكامنة في التبخير، غير أنه من المتصور بشكل ملحوظ أن تُستخدم في زعزعة استقرار التدفق، وفي تشكيلات القنوات الموازية، يمكن أن يؤدي توليد البخار في قناة واحدة إلى ارتفاع سريع في الضغط، مما يؤدي إلى عودة السوائل إلى قنوات التدفق المتحركة المتطاولة وضادة الجيران التي تتميز بالارتداد.

المستقبل توجيهات وجبهة البحوث

التكرير المدمج والمتقاطع لـ 3D ICs

ومستقبل التكامل شبه الموصل يكمن في التعبئة ثلاثية الأبعاد، حيث تُركَّز طبقات نشطة متعددة (اللوائح والذاكرة والمجسات) رأسا، مما يخلق تحديات حرارية شديدة، حيث يجب أن تتم الحرارة عبر طبقات متعددة، والحل الأكثر واعدا هو وضع الميكانيكيات الدقيقة مباشرة ضمن طبقة الوصل الفرعية الناشطة، وهو مفهوم يعرف باسم الترميز بين السائل المائي.

التعلم في مجال الآلات والتحسينات في مجال التأليف

إن حيز التصميم لبواليع حرارة الميكانيكيات الدقيقة شاسع، ويشمل العديد من البارامترات الجيولوجية والمادية والتدفقات، ويعتمد المصممون عادة على الروابط العملية وعمليات المسح شبه المتناظرية، ويزيد تطبيق نظم التعلم الآلي والأعصاب المثلى في الطبقات الجغرافية من تحول في النموذج، ويمكن الآن لأدوات التصميم المجمد أن تستكشف حيزا شبه نهائي من أشكال القدرة على نقل الدم، مما ينتج عن ذلك من شبكات تقليدية ذات قدرة على إحداث تحولات.

المبردات المتقدمة والنانوفلويدات

ويمكن تعزيز أداء مصارف الحرارة الصغيرة بشكل كبير بتحسين الخصائص الحرارية لسوائل العمل، حيث إن المواد التي تعطل المواد التي تستخدمها المواد النانوية ذات الصبغة العالية، ودرجة الحرارة العالية، ودرجة الحرارة النانوية، ودرجة الحرارة النحوية، ودرجة الحرارة النحائية، ونسبة السائلة، والسائلة النحاسية، قد تبين أنها تعزز الوصلية الحرارية وسوائل التدفتر الحراري.

خاتمة

إن تكنولوجيا التبريد بالميكانيكيات الصغيرة تطورت من فضول مختبري إلى حجر الزاوية للإدارة الحرارية الحديثة للالكترونيات العالية الطاقة، وقدرتها على استخراج كميات هائلة من الحرارة من أسطح الموصولة، من خلال زيادة سرعة التوسع في استخدام تكنولوجيا الميكانيكية، والارتقاء الدقيق بالنظم الإلكترونية، وفي حين أن التحديات الكبيرة في التصنيع والموثوقية والتكامل في النظم لا تزال قائمة، فإن سرعة الابتكار في مجال تصميم المواد الضوئية، وتقنيات التلفيق.