ההשפעה של מיקרו ערוצים על הפחתת חום במכשירים אלקטרוניים בעלי עוצמה גבוהה

מבוא

הדרישות התפעוליות המוצבות על מכשירים אלקטרוניים מודרניים בעלי כוח גבוה פרסמו אסטרטגיות ניהול תרמי מסורתיות. Semiconductor מכשירים כגון IGBTs, GaN HEMTs, ומיקרו-מעבדים מתקדמים מייצרים באופן שגרתי גלי חום שיכולים לעלות על 1 קילוואט / ס"מ באזורים מקומיים יותר, הסרת חום יעילה יותר אינה רק דאגה; היא הגורם העיקרי לתפקוד, צפיפות חום, ועלויות גבוהות יותר, כולל מגבלות חום סטנדרטיות, אפילו לא מספיקות, סטנדרטיות, הן לא מספיקות, הן מורכבות, כמו מגבלות חום סטנדרטיות, הן לא מספיקות, הן לא מספיקות, והן מגבלות חום סטנדרטיות, הן לא מספיקות, והן מגבלות חום סטנדרטיות, הן לא מספיקות, כמו מגבלות חום סטנדרטיות, הן לא מספיקות, הן לא מספיקות, הן לא מספיקות, והן יציבות סטנדרטיות, הן לא מספיקות, הן לא מספיקות, והן יציבות חום סטנדרטיות, הן לא מספיקות, והן מגבלות חום סטנדרטיות, והן מגבלות חום סטנדרטיות, הן לא מספיקות, הן לא מספיקות, הן לא מספיקות, יותר, והן מורכבות יותר, הן לא מספיקות, הן לא מספיקות, כמו מגבלות חום סטנדרטיות, והן מגבלות חום סטנדרטיות, הן לא מספיקות, אלא גם מגבלות יציבות סטנדרטיות

התכווצויות חום מיקרו ערוצים מציעים פתרון ישיר ורב עוצמה לצוואר בקבוק תרמי זה.על ידי שילוב מעברים נוזליים עם קוטרים הידראוליים בדרך כלל החל מ 10 עד 1000 מיקרומטר ישירות לתוך או סמוך למצע שנוצר חום, טכנולוגיה זו מממנת את חוקי העברת חום יסודיים להשגת מדדי ביצועים מבטיחים כי הם הזמנות של גודל מעולה על שיטות קונבנציונליות.

הפיזיקה של העברת חום מיקרו בקנה מידה

חוקי עריכת קוד מקור | CONvective Enhancement

[העיקרון היסודי שמבוסס על יעילות קירור מיקרו ערוצים הוא הקשר ההפוך בין הקוטר הידראולי (Digerph:0hFLT:1) לבין הפחתת חום אחיד (h) לזרמים פנימיים, מספר Nusselt (N), ייצוג מינימלי של הגבלת חום גבוהה יותר, מגובה באופן קבוע של זרם חום מפותח באופן מלא, עבור גלאומטריה גבוהה יותר: 1DFal (R)

ביצועים הידרוקוליים ולחץ זרוק את Constraints

בעוד הפחתת קוטר מגבירה את העברת החום, הוא מטיל במקביל עונשים מחמירים על זרימת הנוזלים.הלחץ ( ⁇ P) נדרש להניע נוזל דרך בקנה מידה מיקרו-ערוצי באופן דרמטי עם קוטר מופחת.על פי חוק Hagen-Poiseuille עבור זרימת הלוטאר בשחיקה מעגלית, הירידה בלחץ מוטבעת של כוח רביעי של הקוטר ( ⁇ 1 / DLTRE) הוא צורך להגדיל את עוצמתומטר (כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, לחץ נוסף, כלומר, לחץ, על ידי לחץ).

העברה של חום ובחירת חומרית

שוקעים חום מיקרו ערוצים כרוכים בתהליך העברת חום, שבו התנהגות בתווך המוצק של אינטראקציה אינטימית עם הדבקה בעובי הקריר.השפעת החום הגבוהה מהמכשיר המוליכים למחצה מתבצעת דרך החומר המוצק, מתפשטת מאוחר יותר על פני השטח המתקדם של סיליקון מינימלי ואת אזור ה-Kcate הבסיסי יותר לפני מועבר לנוזל.

יתרונות מרכזיים במערכות בעוצמה גבוהה

אפשרויות ל-Flux Removal Capacity

היתרון הגדול ביותר של קירור מיקרו-ערוצי הוא היכולת שלה לנהל פלוקסים חום קיצוני.לוחות קרות לאמנה בדרך כלל מוגבל לשטף חום של 50-100 W / ס"מ2. עיצובים מתקדמים באמצעות קירור נוזלי חד-פעמי יכול להתמודד עם הסרת חום גבוהה מעל 500 W / ס"מ2.על ידי שימוש בזרימת חום גבוהה של 2 ריצוף, החוקרים הראו חום מתקרב 1000 W / 2 / F2 יכולת קירור גבוהה כגון לחץ דם יעילה לחלוטין עבור זרם חשמלי נמוך לחלוטין.

מידות גבוהות יותר ו-Hotspot Mitigation

שמירה על טמפרטורה אחידה על פני מוליכים למחצה גדול למות היא קריטית לביצועים של המכשיר, יושרת אות ואמינות ארוכת טווח. ⁇ טמפרטורה גדולה לגרום ללחץ מכני ויכול להוביל שגיאות תזמון microprocessors. Microchannels מציעים אחידות תרמית יוצאת דופן.זה מושג על ידי עיצוב הדחיסות ערוץ וזרימה הפצה כדי לספק יכולת קירור מקומית מדויקת (MMC) חום, במיוחד בשימוש תרמי, כדי לספק רמה גבוהה מאוד, למנוע יכולת קירור גבוהה יותר, באופן משמעותי יותר, באופן משמעותי, באופן משמעותי, באופן משמעותי, אשר עשוי לספק יכולת קירור מקומי גבוהה יותר, באופן משמעותי, באופן משמעותי יותר, אשר מאפשר לספק יכולת קירור גבוהה יותר, באופן משמעותי, אשר מאפשר לספק יכולת קירור גבוהה מאוד, באופן משמעותי יותר, באופן משמעותי יותר, באופן משמעותי יותר, באופן משמעותי יותר, כדי לספק יכולת קירור מקומי גבוהה יותר, יעיל יותר, אשר מאפשר יכולת קירור גבוהה יותר, באופן משמעותי, באופן משמעותי, באופן משמעותי, על פני שטח קירור גבוהה יותר, באופן משמעותי, באופן משמעותי, באופן משמעותי, באופן משמעותי, כדי לספק יכולת קירור מקומי גבוהה יותר, באופן משמעותי, כדי לספק יכולת קירור גבוהה יותר, באופן משמעותי, אשר מאפשר יכולת קירור גבוהה יותר, אשר מאפשר לספק יכולת קירור גבוהה יותר, אשר מאפשר לספק יכולת קירור מקומי גבוהה יותר, כדי לספק יכולת קירור גבוהה יותר,

Ultra-Low Thermal Resistance ו-Miniaturization

קירור מיקרו-ערוצי ישיר-על-ידי שבב יכול להפחית את ההתנגדות התרמית הכוללת של צומת-על-מנת-על-ידי-על (RirFLT:0) לרמה נמוכה במיוחד, לעתים קרובות מתחת ל-0.10.2/W. התנגדות נמוכה זו משמעה כי ההבדל הטמפרטורה בין צומת המוליכים למחצה לבין הביצועים הקרניים הוא מינימלי, ומאפשר למכשיר לפעול ברמות גבוהות יותר בתוך אותה יכולת תרמית באופן ישיר להפחתה של מערכת חום, אינה יכולה באופן ישיר יותר, באופן ישיר, לאפסת יותר, באופן ישיר, כך להפחית את רמת-מ"מחץ גבוהה יותר, וקומפקטי יותר, ומהירות, כלומר, לא ניתן להפחתה של מערכות לחץ דם גבוהה יותר, באופן יעיל יותר, כלומר, כלומר, לא ניתן להפחתה של תאים גמישה יותר, באופן יעיל יותר, כלומר, לא ניתן להפחתה של מערכת מגנטית של מערכת מגנטית יותר, באופן יעיל יותר, באופן ישיר של תאים גמישה.

יישומים קריטיים ברחבי אלקטרוניקה גבוהה

רכבת כוח רכב חשמלי ומכשירים

החשמל של תעשיית הרכב יצר דרישה מסיבית עבור פתרונות ניהול יעיל, קומפקטי ואמינה תרמיים. טרנזון מופנים, DC-DC ממירים, ועל גבי הסיפון לייצר חום משמעותי במהלך המבצע.לוחות קר מיקרו ערוצים יותר ויותר מאומצים עבור קירור ציוד סיליקון (SiC) ומודולים ניהוליים מסיבי (GaN) אלה רחבים רחבים מוליכים למחצה לפעול בטמפרטורות גבוהות יותר ולהפחית את הביצועים שלהם.

מחשוב גבוה ו- AI Server

מרכזי נתונים הם בין הצרכנים הגדולים ביותר של חשמל ברחבי העולם, עם חלק משמעותי של אנרגיה זו המוקדש קירור.עליית AI ו- ביצועים גבוהים מחשוב (HPC) הובילה למעבדים המייצרים עומסים תרמיים מאי פעם. Direct-to-chip קירור נוזל באמצעות לוחיות מיקרו-ערוציות מופעלות באופן דרסטי עבור ניהול עומסים אלה.על ידי הסרת חום ישירות במעבד, קירור ישיר (DLC) מאפשר לעתים קרובות יותר תצורה של אנרגיה בלחץ גבוה של מערכות הפעלה (CPU) תצורה של אנרגיה).

לייזר דיודס ומערכות Photonic

כוח הפלט, יעילות ותוחלת החיים של דיודות לייזר רגישים מאוד לטמפרטורת הצומת.התרופ הארומאל, שבו הפלט האופטי יורד כטמפרטורות עולה, הוא הגבלה גדולה. גבוה לייזר לייזר ברים בשימוש בחיתוך תעשייתי, נביחות, ויישומים רפואיים לייצר סולמות מסיביות זעירות באזור קטן מאוד.

מגמות הנדסה ואסטרטגיות מייגציה

ייצור מורכבות ועלויות

מארגים של מיקרו-ערוצים בעלי ממדים מדויקים דורש תהליכי ייצור מתקדמים.עבור קריקרים מבוססי סיליקון, ion Reactive עמוק (DRIE) משמש בדרך כלל, המהווה תהליך אצווה אבל דורש השקעה משמעותית הון. עבור קריירים מתכתיים, טכניקות כגון מיקרו-wire-wires EDM, אלקטרוכימי הנדסה או ייצור תוספים מועסקים.

Clogging, Fouling, and Reliability

קוטרים הידראוליים קטנים להפוך microchannels רגישים מטבעם לרכיבה חלקית.חלקיק יחיד יכול לחסום ערוץ שלם, המוביל לזרימת מפיץ מחלות והפעלה יבשה מקומית גם מעלה חששות לגבי קורוזיה, שחיקה, ו biofouling. Robust מערכת-level נדרש כדי להפחית את הסיכונים האלה.

2 תוצאות של זרימה

קירור מיקרו-ערוצי (זרימה רותחת) מציע את התקני העברת החום הגבוהים ביותר על ידי שימוש בחום המאוחר של aporization.עם זאת, זה רגיש לשמצה לזרום בהסתברות.בתצורה של ערוץ מקביל, הדור החוסן בערוץ אחד יכול לגרום לעלייה מהירה בלחץ מהיר, לדחוף נוזל בחזרה לתוך ערוצי היציאה המעודפים והרעב של ערוצי קירור זה יכול להוביל שתי אסטרטגיות חום קריטי (Frecons) כדי להגדיל את הפחתת לחץ מוקדם של טמפרטורות סגורות (Frexitextextextextex)

קווי עתיד וגבולות מחקר

Embedded ו- Interlayer Cooling for 3D ICs

העתיד של אינטגרציה סמיטור שוכן בערימה תלת-ממדית, שבו שכבות פעילות מרובות (לוגיקה, זיכרון, חיישנים) מחסנים מעומעות אנכית.זה יוצר אתגרים תרמיים קיצוניים, שכן החום חייב להתבצע באמצעות שכבות מרובות.הפתרון המבטיח ביותר הוא להטמיע microchannels ישירות בתוך הסיליקון substrate בין שכבות פעיל, מושג הידוע בשם interlayer. גישה זו מקצרת באופן דרמטי את הנתיב התרמטי, הסרת ישירות מן הלב של הטכניקות המיקרו-ממותקיביות על גבי ה-מכאן מתמקדת של לחץ הדם הטמון מתפתח כמו גם על גבי המולקולות.

Machine Learning and Topology Optimization for Design

המרחב העיצובי של כיור חום מיקרו ערוצים הוא עצום, הכולל הרבה גיאומטרי, חומר וזרם פרמטרים. מסורתי, מעצבים מסתמכים על קורלציות אמפיריות וטאטאים מפרשיים.היישום של למידת מכונה (ML) ואלגוריתמים אופטימיזציה של טופולוגיה מייצגים שינוי פרדיגמטית כלים עיצוביים שנוצרו כעת יכולים לחקור חלל כמעט ללא תשלום של תצורות ערוץ אפשריות, לייצר רשתות אורגניות מאוד מחוסמות כי הם למערכות סטנדרטיות כמו כלי אחסון אופטיים או מאנרגיה יעילה של תפקודים של תפקודים אופטיים- AI.

Coolants ו-Nanofluids

הביצועים של כיור חום מיקרו ערוצים יכול להיות משופר באופן משמעותי על ידי שיפור התכונות התרמפיות של נוזל העבודה.ננופלואידים - השעיות קוליות של חלקיקים (למשל, גרפן, אלומיניום, תחמוצת נחושת) בנוזל בסיס כמו מים או גליקול אלקטרוני - הוכחו כדי לשפר את התנהגות תרמית וחום קריטי נוסף הוא השימוש של נוזל חום עמוק, אשר דורש אלקטרוניקה גבוהה.

מסקנה

טכנולוגיית קירור מיקרו ערוצים התפתחה מסקרנות מעבדה לתוך אבן הפינה של ניהול תרמי מודרני עבור אלקטרוניקה כוח גבוהה.היכולת שלה להפיק כמויות עצומות של חום משטחים קומפקטיים באמצעות דרוג רחב יותר נוזל מדויק נוזל ישירות מאפשר את המיניaturization המתמשך ואת הביצועים של מערכות אלקטרוניות מתקדמות, בעוד אתגרים משמעותיים בייצור, אמינות ואינטגרציה מערכת נשאר, קצב החדשנות בחומרים מדעיים, ייצור, טכניקות ייצור, AI-העיצוב, ו- AI-העיצוב איטי יותר של טכנולוגיות אלקטרו-הספקטקטיבות גבוהות יותר של מערכות אלקטרוניות, הוא כבר לא יהיה תחרותיות, ואפקטים קריטי של פיתוח אופציונליות, ואפקטים מתקדמים, ואפקטים, פיתוח אופציונליים, הוא יותר, אופציונליים, פיתוח מיקרוסקופית, ואפקטים, הוא יותר, פיתוח מיקרוסקופיבית, פיתוח מיקרוסקופיבית, ואפקטים מתקדמים של מערכות אלקטרו-ידיים, לטווח ארוך יותר, ואפקטים, הוא יותר, פיתוח אלקטרו-מיטיבי של מערכות אלקטרו-מיטיבי של פיתוח מיקרוסקופיבית, תוך כדי שיפור יעיל יותר, פיתוח מיקרוסקופיבית, פיתוח מיקרוסקופיבית, בעוד אתגרים קריטי של מערכות אלקטרו-מחדשנימיטיבי של פיתוח אופציונלי של מערכות חשמל אופציונלי של פיתוח קומפקטי של פיתוח אופציונלית גבוהה של פיתוח