Elektronik cihazlar performans ve miniaturizasyon sınırlarını zorlarken, termal yönetim tasarım ve güvenilirlikte kritik bir faktör haline geldi. tüketilen her güç ısıyı üretiyor ve eğer bu ısı verimli bir şekilde kaldırılmıyorsa, bileşenler bozulabilir veya erkenden mühendisler, belirli uygulamanız için en etkili iki çözüm arasında seçim yapmanız gerekir.
Elektronikte ısıtımı Anlamak
Modern Cihazlarda Heat'in Kaynağı
Heat elektrik direncinin ve yarı iletkenlerin kaybolup kayıplarının bir ürünüdür. Merkezi işlem birimleri (CPUs), grafik işleme birimleri (GPUs), güç transistörleri ve gerilim düzenleyicileri, bu ısı yüklerini yönetmek için en fazla ısı yükü yönetmek için, yüksek uçlu bir masaüstü CPU, 100 üzerinden ısı tasarım gücü (TDP) kesintiye uğrayabilir.
Inadequate Soğutma Emisyonlarının Sonuçları
Yarı iletken bir kavim, derece yüksek sıcaklıklara sahiptir - ya da silikon cihazlar için 105°C'ye kadar-kırıklık sorunları ortaya çıkabilir. Termal throttling, her iki performans ve uzun vadeli güvenilirlik için saat hızlarını azaltır. Prolonged yüksek sıcaklıklar elektromigrasyon ve kimyasal reaksiyonlar hızlar, aşırı durumlarda, satılan eklemler çatlakları kırabilir veya paketin değerlendirilmesi, kalıcı başarısızlıklara neden olur.
Aktif Soğutma Yöntemleri
Aktif soğutma, ısı transferini artırmak için güçlü bileşenleri kullanır. En yaygın yöntemler hava konveksiyon ve sıvı soğutmaya zorlanır, ancak termoelektrik soğutucuları (TECs) ve soğutma döngüleri gibi diğer teknolojiler de özel uygulamalarda kullanılır.
Hava Soğutma Fans ve Peels ile
Fans hava durumu, ısı kaynağına ek olarak bir finize edilmiş bir ısı ile hareket eder. Hava akışı, konvektif ısı transfer katını arttırır, hava akımının yalnızca yüksek olduğu kompakt muhafazalarda kullanılır. Fan speed, Noctua gibi üreticilerden düşük gürültüyü (PWM) dengelemek ve soğutma kapasitelerini dengelemek için modlanabilir.
Sıvı Soğutma Sistemleri
Sıvı soğutma, yüksek çözünürlükte ısınmış bir pompadan ısınarak yüksek ısı dağılımına kadar yüksek ısı kapasitesi ve ısı iletkenliği sağlar.Inste 300 adet kablo veya endüstriyel lazerler ile ısıtılır.Inste 300 adet sıvı ısı kapasitesi ve ısı iletkenliği sağlarken, özel ısı pompasının maksimum performansı sağlar.
Termoelektrik ve Vapor-Compression Soğutma
Termoelektrik soğutucuları (Peltier modülleri), mevcut iki yarı iletkenin bir araya geldiğinde bir sıcaklık farkı yaratmak için Peltier etkisini kullanır.Onlar, hassas optik veya lazer diyotları gibi uygulamalar için yararlı hale getirebilirler, ancak verimliliği düşük (COP genellikle 1.0 altında) ve sıcak tarafta ısınır. Vapor-kompresyon soğutması, ev buzdolabına benzer, süperkomput veya tıbbi görüntüleme gibi uygulamalar için en yüksek soğutma kapasitesi elde ederler.
Pasif Soğutma Yöntemleri
Pasif soğutma, hareketli parçalar olmadan doğal ısı transfer süreçlerine bağlıdır. Anahtar bileşenleri ısı batağı, ısı boruları, buhar odaları ve termal arayüz malzemeleridir. Pasif soğutma doğal olarak sessiz, güvenilir ve enerjisizdir, ancak soğutma kapasitesi yüzey alanı, malzeme özellikleri ve çevre koşulları ile sınırlıdır.
Heat Lavabo Tasarımı ve Malzeme
Bir ısı batağı, bileşeni ve transferleri çevre havadan alır. Sıcaklık transfer oranı yüzey alanına, termal iletkenliğe ve doğal hava akışına bağlıdır. Extruded alüminyum ısı parçaları düşük maliyet ve iyi iletkenlik nedeniyle yaygındır (yaklaşık 200 W /m·K) Daha yüksek performans için, bakır ısı geçişi (400 W/m·K) kullanılır, 100 × yüksek çözünürlükte daha pahalıya bağlı olarak, yüksek çözünürlükte 100 x-plik bir şekilde ısı geçişi sağlar.
Heat Pipes and Vapor Chambers
Sıcak borular, küçük miktarda çalışan sıvı içeren mühürlü tüpler (su, acetone, amonyak) ısıyı küçük bir kaynaktan büyük bir fin serisine kadar ısıtmış durumdalar.O zaman, genellikle dizüstü bilgisayarlarda ve yüksek güç LEDleri üzerinden geri dönerler. Tipik 6mm ısı boruları 20 ila 60 watt arasında ısıyı taşıyabilir, daha büyük bir ısı boruları tutarsa, bu pasifik borular ısıtılır.
Termal Interface Malzemeler
Sıcaklıklı bir yüzeyle bile, mikroskopik hava boşlukları (köksüz) komponent ve ısı batağı arasında mevcuttu. Termal arabirim malzemeleri (TIMs), termal salça, pedler, faz-değişim malzemeleri, veya sıvı metal, bu boşlukları yetersiz doldurmanız için doldurur - TIMs aralıklarının ısı iletkenliği aslında 80 W /m / 80 W /m·K (liquid metal) üzerinde. Properatif performans sorunlarının yetersiz kalması için yeterlidir.
Aktif vs Pasif Soğutma Karşılaştırması
Termal Performans ve Heat Dissipation Kapasite
Aktif soğutma sistemleri, fan ısıtımı 500 W'yi aşan oranda ısıtabilir, 25 °C ortamında yüksek uçlu sıvı döngüler 1 kW'ın üzerinde çalışır. Aksine, büyük bir pasif ısı lavabosu (örneğin, 200mm × 200mm × 80mm) doğal konveksiyonda genellikle 50-80 watt ile sınırlıdır, ancak yüksek watt için yüksek tansiyon için, pasif çözümler çok büyük yüzey alanları veya ısı borularının ısıtılması gerekir.
Enerji Verimliliği ve Güç Tüketimi
Pasif soğutma elektrik gücü yok,% 100 enerji verimliliği soğutma perspektifinden elde edin. Aktif soğutma fanları ve pompalar sistem toplam enerji çizimlerini desteklemektedir. Tipik bir durumda fan 2-5 watt tüketiyor, sıvı soğutma için bir pompa 10-20 watt çizebilir. büyük ölçekli yüklemelerde veri merkezleri gibi, bu yardımcı güç tüketimi önemlidir - toplam tesis enerji kullanımının% 30-40'ını hesaplayabilir.
Gürültü ve Akustik Footprint
Pasif soğutma tamamen sessizdir, bu, kayıt stüdyoları, ev tiyatroları veya sessiz ofisler gibi gürültüyü düşük hızlarda 20 dBA'da çalıştırabilir, ancak yüksek performanslı hayranlar 40-50 dBA'ya ulaşabilir.Örneğin, aritme sanayi fanı, hava akışı dolu hızda 41.3 dBA'da değiştirilebilir.
Güvenilirlik ve Bakım
Pasif soğutma, hareketsiz parçalara sahiptir, bu nedenle güvenilirliği sadece malzeme yorgunluk ve korozyonla sınırlıdır. Kontrollü ortamlarda, pasif bir ısı lavabosu son on yıl boyunca başarısızlık olmadan sürebilir. Aktif soğutma bileşenleri son derece zorlu yaşam süresine sahiptir: fan yataklar genellikle son 50.000-100,000 saat (5-11 yıl sürekli kullanım süresi) daha önce gürültülü veya kullanım için zorlanır.
Maliyet ve Uzay Kıtları
Pasif soğutma bileşenleri (aluminum Cuts, ısı boruları) genellikle küçük hacim ve ağırlık için düşük maliyetlidir, ancak gerekli boyut onları uzaydan ithal edilen bir muhafazalar gibi pahalıya mal olabilir. büyük bir pasif ısı lavabosu büyük ölçüde ısınabilir ve malzeme maliyeti artırabilir. Aktif soğutma aynı ısı dağılımı için daha kompakt olabilir: büyük bir yüksek performanslı soğutma için genellikle yüksek performanslı soğutma için daha az hacimde tercih edilir.
Doğru Soğutma Çözümünü Seçin
Uygulama-Specificceptations
Tek bir soğutma yöntemi evrensel olarak üstün değildir. Bir oyun PC veya sunucu için, aktif hava veya sıvı soğutma yüksek TDP'den kaçınmak için gereklidir. Aksine, telefonlar ve tabletler yalnızca grafik çarşafları, ısı yayıcıları ve küçük buhar odaları gibi pasif çözümlere güvenir, çünkü hayranlar çok yüksek miktarda toz, nem veya sıcaklık aşırısı düşük verimli devre tasarımıyla karşı karşıya kalır. LED aydınlatma genellikle kapalı alanlarda fan gürültü yapmaktan kaçınmak için büyük miktarda ısı batmalıdır.
Hibrit Yaklaşımlar: Aktif ve Pasifikasyon
Birçok modern sistem bir hibrit strateji kullanır. Bir ısı boru veya buhar odası kaynaktan bir fin serisine kadar ısı yayılır ve bir fan, sıcaklığın bir eşiği aştığında sadece ısınır.Bu, düşük yük boş dönemleri boyunca sessiz bir operasyon sağlar (<1 dBA) and active cooling when needed. Some data centers use passive cooling with natural convection via large radiators on the roof, augmented by active fans only during peak heat loads. )Hybrid sistemleri her iki dünyanın en iyi ısı sunar).
Soğutma Teknolojisindeki Future Trends in Soğutma Teknolojisi
Güç yoğunluğunda devam eden artış -Moore'in Yasası ölçeklendirme ve 3D çip yığınlama - daha verimli soğutma talep ediyor.
- [FONT:0] İki fazlı immersion soğutma[Dönetici: 1) sunucular düşük sıcaklıklarda kaynar olan dielektrik sıvılarında altlanmış, faz değişikliği ile ısıyı kaldır, ancak aktif bir şekilde kesintiye ihtiyaç duyar.
- [FONT:0)Electrostatik sıvı ivme[Dönetici: 1) koroner deşarjı kullanarak hareket eden parçalar (toprak rüzgarı) hava hareket etmeden hava hareket etmek için (sağlık rüzgarı).
- [FONT:0)Yüksek iletkenlik ile arayüz malzemeleri [Dönetici: 1 ) 200 W /m • Karbon nanotüpleri veya grafikleren kompozitleri kullanarak.
- [FONT=0) Mikrokökezleyici soğutma[Dönetici) doğrudan gömülü mikro kanallarla silikona entegre edilmiş, gelecekteki çipler için son derece yüksek ısı fluxes (>1 kW/cm2) izin vermektedir.
- [0] Adaptif pasif soğutma), sıcaklıklara cevap veren biçim hafıza alaşımlarından yapılan değişken geometri fins kullanılarak yapılır.
Bu yenilikler aktif ve pasif arasındaki çizgiyi bulanıklaştırıyor, hareketli parçalara sahipken verimliliği artırmak istiyor.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Aktif ve pasif soğutma arasındaki seçim, belirli termal gereksinimleri, işletim ortamı ve tasarım hedefleri üzerinde bağlıdır. Aktif soğutma, hem de güç dengesi için en iyi ısı dağılımı sağlar, ancak gürültüyü, enerji tüketimini ve potansiyel başarısızlık noktalarını tanıtır. Pasif soğutma teklifleri, daha düşük kapasitenin ve daha büyük boyuttaki güvenilirlik sunar.Modern mühendislik her iki yöntemi de optimum dengeye ulaşmak için daha iyi bir denge sağlar.