Diversi metodi efficienti di dissipazione del calore
Le prestazioni dei prodotti elettronici stanno diventando sempre più potenti, mentre l'integrazione e la densità di assemblaggio sono in costante aumento, portando ad un forte aumento del consumo energetico operativo e della generazione di calore. Il guasto dei materiali causato dalla concentrazione di calore nei componenti elettronici rappresenta la stragrande maggioranza del tasso di guasto totale e la tecnologia di gestione termica è un fattore chiave considerato nei prodotti elettronici. A questo proposito è necessario rafforzare il controllo termico dei componenti elettronici.
L'efficiente dissipazione del calore dei componenti elettronici è influenzata dai principi del trasferimento di calore e della meccanica dei fluidi. La dissipazione del calore dei componenti elettrici consiste nel controllare la temperatura operativa dei dispositivi elettronici, garantendo così la loro temperatura di funzionamento e la sicurezza, coinvolgendo principalmente diversi aspetti come la dissipazione del calore e i materiali. Allo stato attuale, la dissipazione del calore dei componenti elettronici comprende principalmente metodi naturali, forzati, liquidi, refrigerazione, deviazione, isolamento termico e altri metodi.
La tecnologia di raffreddamento si riferisce principalmente alle modalità, ai metodi e alle tecniche di progettazione termica esterna, coinvolgendo vari aspetti come la dissipazione del calore o i metodi di raffreddamento, i materiali, ecc. relativi al trasferimento di calore. Secondo i diversi metodi di conduzione e convezione del calore, i prodotti radiatori possono essere suddivisi in modalità attiva e passiva.
Il raffreddamento naturale è un metodo comunemente utilizzato di raffreddamento attivo, che sfrutta l'elevata conduttività termica dei materiali (principalmente profili) per rimuovere il calore e dissiparlo nell'aria. In assenza di requisiti specifici di velocità del vento, il dissipatore di calore a convezione naturale utilizzato è una piastra di rame-alluminio, estrusione di alluminio, fusione di leghe per ottenere il raffreddamento del prodotto. I metodi di raffreddamento naturale vengono applicati principalmente a componenti elettronici con requisiti di controllo della temperatura ridotta, apparecchiature a bassa potenza e componenti con densità di flusso termico relativamente bassa per il riscaldamento dei dispositivi.
Il metodo di raffreddamento ad aria forzata è un modo per accelerare il flusso d'aria attorno ai componenti elettronici e rimuovere il calore attraverso ventole e altri mezzi. Il raffreddamento Force Air è anche una comune tecnologia di dissipazione del calore, relativamente semplice da produrre, presenta i vantaggi di un prezzo relativamente basso e di una semplice installazione. Questo metodo può essere applicato ai componenti elettronici se lo spazio è sufficientemente grande per il flusso d'aria o se sono installati dispositivi di dissipazione del calore. In pratica, aumentare opportunamente l’area totale di dissipazione del calore e generare un coefficiente di trasferimento di calore convettivo relativamente grande sulla superficie di dissipazione del calore sono i modi principali per migliorare questa capacità di trasferimento di calore convettivo.
L'applicazione del raffreddamento a liquido per componenti elettronici è un metodo di raffreddamento basato su chip e componenti chip. Il raffreddamento a liquido può essere principalmente suddiviso in due metodi: raffreddamento diretto e raffreddamento indiretto. Il metodo di raffreddamento a liquido indiretto si riferisce all'uso di un liquido di raffreddamento che non entra direttamente in contatto con i componenti elettronici, ma trasferisce invece il calore tra i componenti di riscaldamento attraverso un sistema di mezzo intermedio utilizzando dispositivi ausiliari come moduli liquidi, moduli di conducibilità termica, liquido spray moduli e substrati liquidi.
Il metodo di raffreddamento a liquido diretto, noto anche come metodo di raffreddamento per immersione, consiste nel contattare direttamente il liquido con i relativi componenti elettronici, rimuovere il calore attraverso il refrigerante e applicarlo principalmente a dispositivi con densità di volume di consumo di calore relativamente elevata o in ambienti ad alta temperatura.
Utilizzando il raffreddamento dei semiconduttori per dissipare il calore o raffreddare alcuni componenti elettronici convenzionali, noto anche come raffreddamento termoelettrico, questo metodo sfrutta l'effetto Peltier del materiale semiconduttore stesso per consentire alla corrente continua di passare attraverso diversi materiali semiconduttori e formare una termocoppia in serie. A questo punto, il calore viene assorbito e rilasciato su entrambe le estremità della termocoppia per ottenere l'effetto di raffreddamento. Presenta i vantaggi di dimensioni ridotte del dispositivo, installazione conveniente, buona qualità e facile smontaggio.
L'isolamento termico si riferisce all'uso della tecnologia di isolamento per dissipare il calore e raffreddare i componenti elettronici. È principalmente diviso in due forme: isolamento sotto vuoto e isolamento senza vuoto. Nel controllo della temperatura dei componenti elettronici viene utilizzato principalmente il trattamento di isolamento senza vuoto. Il metodo di isolamento termico influisce principalmente sulla temperatura dei componenti locali, rafforza il controllo e previene gli effetti di riscaldamento dei componenti ad alta temperatura e degli oggetti correlati, garantendo così l'affidabilità dell'intero componente e prolungando la durata di applicazione dell'apparecchiatura. In pratica, poiché la temperatura influisce direttamente sulle prestazioni di trasferimento del calore dei materiali isolanti, generalmente maggiore è la temperatura, maggiore è la quantità di materiali isolanti necessari.
Nel processo di sviluppo dei circuiti integrati, la densità e la densità termica dei componenti elettronici continuano ad aumentare e i loro problemi termici stanno gradualmente diventando più importanti. Metodi di raffreddamento di alta qualità possono garantire gli indicatori di prestazione dei componenti elettronici. Nelle applicazioni pratiche, è necessario considerare in modo completo la potenza di riscaldamento specifica e le caratteristiche proprie dei componenti elettronici e applicare ragionevolmente diversi metodi di raffreddamento. È necessario selezionare in modo completo i metodi e i mezzi di applicazione in base agli scenari applicativi specifici e quindi evidenziare gli indicatori di prestazione dei componenti elettronici.
