在《华尔街日报》发表的一篇论文能量研究人员回顾了各种半导体器件的冷却系统。研究讨论了经典的分类以及现代冷却系统的设备和集成电路,包括表示系统的建设和运营原则。不同的影响因素对冷却功能的组件操作的效率测量和结果和讨论。
研究:冷却系统的电力半导体设备审查。图片来源:ZinetroN / Shutterstock.com
背景
与当代的增加电力电子设备冷却成为至关重要的问题。高热流值呈现传统的冷却方法使用金属散热片不够。设备包装构造函数和电子电路设计师还需要调查为了解决问题有效的冷却。
一个被动的散热器的例子。图片来源:Gorecki K et al .,能量
在该领域的研究重点是选择新材料在冷却系统和仪器使用基于物理现象加强讨论的冷却设备。欧洲杯足球竞彩
材料利用欧洲杯足球竞彩冷却电子设备包括石墨烯,钻石,和热解石墨和金属陶瓷复合材料,等等。现代的解决方案包括蒸汽和液体钱伯斯,液体冷却,热电模块。现代科学的发展导致了材料与增强属性。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球因此,观察趋势的团队在寻找新材料和提高电子设备的散热解决方案。欧洲杯足球竞彩
常用的冷却系统
综述表明,设备之间的所有组件位于包及其周边地区构成其冷却系统,维护设备的温度在指定的最高温度。冷却系统分为主动和被动系统。活跃的系统需要一个外部能源供应函数,而被动安全系统。
冷却系统的组件了包括被动散热片,其功能由分散的热沉材料,常用的铝。轴流式风机和鼓风机是活跃的冷却系统,创建一个气流散热从一边到另一边。热管是塞满了一个两阶段的被动设备冷却液体,通常去离子水。设备的热量蒸发液体,旅行冷凝器部分和冷却。返回到蒸汽的冷凝液部分由重力和毛细管作用。
高导电金属板(HCMPs)也可以使用多个热源和热扩散在整个板上表面通过内置热管道,因此是有用的设备附件。蒸汽室和热虹吸管的工作同样操作加热管道、除热虹吸管缺乏芯结构。封装的导电板(物)包含的退火热解石墨和用于高质量的电子设备。液体冷却系统把热量从组件通过冷却剂而不改变其聚合状态。其他冷却系统综述了研究包括浸冷却,相变材料(PCM)散热器,界面材料,热电模块。欧洲杯足球竞彩
热管的构造和工作原理。图片来源:Gorecki K et al .,能量
测量冷却参数
为活跃的散热器设计冷却系统需要计算工具。网站上可以找到这样的在线计算器等先进的冷却技术(ACT), MyHeatSinks(肉类)和Celsia。冷却参数的精确测定要求使用计算流体动力学(CFD)方法。使用这些工具,选择的影响参数对热管风冷和活跃的散热器进行了计算。
这是观察到热管的导热系数取决于其直径non-monotonic和极大的非线性函数,与最佳热导率通过热管直径4毫米和5毫米。热管是最高效蒸发器位于正上方的热源。热电阻表现出管径的减小非线性函数。然而,散热器的热阻降低散热器的底部的扩展,当被选为铝热沉材料。
的示意图表示(一个)反向热虹吸管和(b)循环热虹吸管。图片来源:Gorecki K et al .,能量
结论
总的来说,本文证明了铝和现货热管冷却解决方案是最便宜的,而封装传导是最昂贵的。蒸汽室冷却元素释放最大的功率密度。浸没冷却至少表现出有效的排热,但系统的依赖。最便宜的,以及低效冷却系统,风冷翅片散热片。两相冷却系统,尽管昂贵的优势最有效的冷却系统容易扩展。
因此,在半导体器件冷却组件的效率取决于设计、功耗、尺寸的热管散热器,散热器和气流速度。根据作者,更集中冷却系统正在开发的解决方案,和新设计的系统操作在更高的功率密度使有效的排热很快可以预期。
源
Gorecki k;Posobkiewicz, k .冷却系统的电力半导体设备审查。能量2022年,15,4566年。https://www.mdpi.com/1996-1073/15/13/4566
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