Häufig verwendete thermische Lösungen für elektronische Leistungsgeräte
Moderne leistungselektronische Geräte entwickeln sich schnell in Richtung hoher Integration, Montage mit hoher Dichte und hoher Betriebsgeschwindigkeit. Als Herzstück leistungselektronischer Geräte arbeitet der Chip immer schneller, verbraucht immer mehr Strom und gibt immer mehr Wärme ab. Wenn die Wärmeableitungskapazität des Geräts nicht stark ist, führt die Verlustleistung zu einem Temperaturanstieg des aktiven Chipbereichs und der Sperrschichttemperatur im Gerät.
Die Ausfallrate von Komponenten steht in exponentiellem Zusammenhang mit ihrer Sperrschichttemperatur, und die Leistung nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Die Ausfallrate steigt um das Doppelte pro 10 Grad Erhöhung der Betriebstemperatur der Komponenten.
Um die Arbeitsleistung und Zuverlässigkeit von leistungselektronischen Geräten zu verbessern, ist es daher notwendiger und dringender, ein angemessenes thermisches Design für elektronische Geräte durchzuführen und angemessene externe Wärmeableitungsmaßnahmen zu ergreifen. Gegenwärtig umfassen die gängigen Wärmeableitungstechnologien für leistungselektronische Geräte Luftkühlung, Flüssigkeitskühlung, Heatpipe-Technologie usw.
Luftkühlung:
Die Verwendung eines luftgekühlten Kühlkörpers zur Kühlung elektronischer Chips ist die einfachste, direkteste und kostengünstigste Wärmeableitungsmethode. Im Allgemeinen wird die Luftkühlungs- oder forcierte Luftkühlungstechnologie hauptsächlich in Geräten oder elektronischen Geräten mit geringem oder mittlerem Stromverbrauch eingesetzt. Derzeit werden fortschrittliche Lüfter und optimierte großflächige Kühlkörper verwendet. Die Kühlleistung der Luftkühlungstechnologie kann 50 W · cm-2 erreichen. Das Prinzip des luftgekühlten Kühlkörpers ist sehr einfach: Die vom Chip abgegebene Wärme wird durch Verbindungsmaterialien auf die Metallbasis und dann auf den Kühlkörper übertragen. Die Wärme wird durch natürliche Konvektion oder erzwungene Konvektion an die Luft abgegeben. Wärmeleitung und Konvektion sind zwei Hauptmethoden der Wärmeübertragung. Um die vom Chip abgegebene Wärme unter den zulässigen Temperaturbedingungen an die atmosphärische Umgebung zu übertragen, können die folgenden Verfahren angewendet werden, um die Wärmeleitungs- und Konvektionskühlung zu verstärken.
Flüssigkeitskühlung:
Flüssigkeitskühlung wird auch als Wasserkühlung bezeichnet. Seine Kühleffizienz ist hoch, seine Wärmeleitfähigkeit ist mehr als das 20-fache der herkömmlichen Luftkühlung, und es gibt kein hohes Geräusch der Luftkühlung, wodurch die Probleme der Kühlung und Geräuschreduzierung besser gelöst werden können. Das Flüssigkeitskühlgerät lässt sich grob in vier Teile unterteilen: Mikrowasserpumpe, Umlaufrohr, Wärmeabsorptionsbox und Kühlkörper. Das Prinzip der Wasserkühlung zur Wärmeableitung ist sehr einfach. Die Wärmeableitung der Wasserkühlung ist eine geschlossene Flüssigkeitszirkulationsvorrichtung. Durch die von der Pumpe erzeugte Energie wird die Flüssigkeitszirkulation im geschlossenen System gefördert, und die vom Chip erzeugte Wärme, die von der Wärmeabsorptionsbox absorbiert wird, wird zur Wärmeableitungsvorrichtung gebracht größere Fläche zur Wärmeabfuhr durch die Flüssigkeitszirkulation. Die gekühlte Flüssigkeit kehrt zur kontinuierlichen Umlaufkühlung wieder zur Wärmeabsorptionseinrichtung zurück.
Heatpipe-Technologie:
Das Wärmerohr ist ein Wärmeaustauschelement mit hoher Wärmeübertragungseffizienz. Die Wärmeübertragung zwischen kalten und heißen Fluiden ist durch den Phasenwechselprozess der Verdampfung und Kondensation des Arbeitsmediums im Wärmerohr gekoppelt. Seine äquivalente Wärmeleitfähigkeit kann das 103- bis 104-fache der von Metall erreichen. Im Vergleich zu herkömmlichen Wärmeableitungsgeräten muss das Wärmerohr keinen Strom verbrauchen, hat eine geringe Raumgröße und eine hohe Kühlkapazität. Die Wärmeübertragung pro Flächeneinheit ist hoch. Als effizientes Wärmeleitelement eignet sich das Wärmerohr zur Wärmeableitung bei hohem Wärmefluss und kann für elektronische Komponenten verwendet werden, um eine hohe Wärmeabgaberate zu erzielen. Gegenwärtig hat die maximale Wärmeableitungsleistung des bekannten Wärmerohrstrahlers zur Wärmeableitung von elektronischen Hochleistungskomponenten 200 W·cm-2 erreicht.
Unterschiedliche thermische Kühllösungen haben unterschiedliche Vor- und Nachteile. In der praktischen Anwendung müssen entsprechend den Anforderungen von Leistungsgeräten diversifizierte Wärmeableitungsmethoden ausgewählt werden. Nur so kann die Elektronik ihre maximale Leistungsfähigkeit und stabile Lebensdauer voll ausspielen.
