Soluzioni termiche per apparecchiature elettroniche di potenza di uso comune
Le moderne apparecchiature elettroniche di potenza si stanno rapidamente sviluppando verso un'elevata integrazione, un assemblaggio ad alta densità e un'elevata velocità operativa. Essendo il cuore delle apparecchiature elettroniche di potenza, il chip funziona sempre più velocemente, consuma sempre più energia ed emette sempre più calore. Se la capacità di dissipazione del calore del dispositivo non è elevata, la dissipazione di potenza causerà l'aumento della temperatura dell'area attiva del chip e della temperatura di giunzione nel dispositivo.
Il tasso di guasto dei componenti ha una relazione esponenziale con la loro temperatura di giunzione e le prestazioni diminuiscono con l'aumento della temperatura di giunzione. Il tasso di guasto aumenta di due volte per ogni aumento di 10 gradi della temperatura di esercizio dei componenti.
Pertanto, al fine di migliorare le prestazioni di lavoro e l'affidabilità delle apparecchiature elettroniche di potenza, è più necessario e urgente eseguire una progettazione termica ragionevole per le apparecchiature elettroniche e adottare misure ragionevoli di dissipazione del calore esterno. Allo stato attuale, le comuni tecnologie di dissipazione del calore delle apparecchiature elettroniche di potenza includono il raffreddamento ad aria, il raffreddamento a liquido, la tecnologia dei tubi di calore, ecc.
Aria condizionata:
L'utilizzo di un dissipatore di calore raffreddato ad aria per raffreddare i chip elettronici è il metodo di dissipazione del calore più semplice, più diretto e più economico. In generale, la tecnologia di raffreddamento ad aria o raffreddamento ad aria forzata viene utilizzata principalmente in dispositivi o apparecchiature elettroniche a basso o medio consumo energetico. Attualmente vengono utilizzate ventole avanzate e dissipatori di calore di grandi dimensioni ottimizzati. La capacità di raffreddamento della tecnologia di raffreddamento ad aria può raggiungere i 50 W · cm-2. Il principio del dissipatore di calore raffreddato ad aria è molto semplice: il calore dissipato dal chip viene trasmesso alla base metallica tramite materiali leganti, quindi al dissipatore di calore, il calore viene dissipato nell'aria tramite convezione naturale o convezione forzata. La conduzione e la convezione sono due principali metodi di trasferimento del calore. Per trasferire il calore dissipato dal chip all'ambiente atmosferico nelle condizioni di temperatura consentite, è possibile adottare i seguenti metodi per rafforzare il raffreddamento termico di conduzione e convezione.
Raffreddamento a liquido:
Il raffreddamento a liquido è anche chiamato raffreddamento ad acqua. La sua efficienza di raffreddamento è elevata, la sua conducibilità termica è oltre 20 volte quella del tradizionale raffreddamento ad aria e non vi è alcun rumore elevato del raffreddamento ad aria, che può risolvere meglio i problemi di raffreddamento e riduzione del rumore. Il dispositivo di raffreddamento a liquido può essere suddiviso approssimativamente in quattro parti: micro pompa dell'acqua, tubo di circolazione, scatola di assorbimento del calore e dissipatore di calore. Il principio della dissipazione del calore del raffreddamento ad acqua è molto semplice. La dissipazione del calore del raffreddamento ad acqua è un dispositivo di circolazione del liquido chiuso, attraverso la potenza generata dalla pompa, viene promossa la circolazione del liquido nel sistema chiuso e il calore generato dal chip assorbito dalla scatola di assorbimento del calore viene portato al dispositivo di dissipazione del calore con area più ampia per la dissipazione del calore attraverso la circolazione del liquido. Il liquido raffreddato ritorna nuovamente all'apparecchiatura di assorbimento del calore per un raffreddamento a circolazione continua.
Tecnologia heatpipe:
Il tubo di calore è un elemento di scambio termico con un'elevata efficienza di trasferimento del calore. Il trasferimento di calore tra fluidi freddi e caldi è accoppiato dal processo di cambio di fase di evaporazione e condensazione del fluido di lavoro nel tubo di calore. La sua conduttività termica equivalente può raggiungere 103 ~ 104 volte quella del metallo. Rispetto alle tradizionali apparecchiature di dissipazione del calore, il tubo di calore non ha bisogno di consumare energia, ha dimensioni ridotte e un'elevata capacità di raffreddamento, il trasferimento di calore per unità di superficie è elevato. Come efficiente elemento di conduzione del calore, il tubo di calore è adatto per la dissipazione del calore in condizioni di flusso di calore elevato e può essere utilizzato per componenti elettronici per ottenere un'elevata velocità di esportazione del calore. Attualmente, la massima potenza di dissipazione del calore del noto radiatore a tubi di calore per la dissipazione del calore di componenti elettronici ad alta potenza ha raggiunto i 200 W · cm-2.
Diverse soluzioni di raffreddamento termico presentano diversi vantaggi e svantaggi. Nell'applicazione pratica, è necessario selezionare diversi metodi di dissipazione del calore in base alle esigenze delle apparecchiature elettriche. Solo in questo modo l'apparecchiatura elettronica può dare pieno gioco alla sua massima prestazione e durata stabile.
