Elektroniska apparater genererar värme och denna värme måste avledas. Om så inte är fallet kan höga temperaturer försämra enhetens funktion eller till och med skada enheterna och deras omgivning.
Nu har ett team från UIUC och UC Berkeley publicerat en artikel Naturelektronik Detaljerna i den nya kylmetoden, som erbjuder många fördelar, är åtminstone utrymmeseffektivitet, vilket ger en betydande ökning av effekten per volymenhet av enheter jämfört med traditionella metoder.
Tarek Gebrael, huvudförfattare och UIUC Ph.D. Maskinteknikstudenten förklarar att de befintliga lösningarna lider av tre brister. “För det första kan de vara dyra och svåra att skala”, säger han. Till exempel används värmeväxlare gjorda av diamant ibland på spånnivå, men de är inte billiga.
För det andra kräver traditionella värmeavledningsmetoder i allmänhet installation av en värmeväxlare och en kylare ovanpå den elektroniska enheten – en anordning för att effektivt distribuera värme, en anordning i vilken värmen från spridaren leder den. Tyvärr, “i många fall genereras det mesta av värmen under elektronisk enhet ”betyder att kylmekanismen inte är där den behöver vara för optimal prestanda.
För det tredje kan de flesta moderna värmeväxlare inte installeras direkt på elektronikytan; ett lager av “termiskt gränssnittsmaterial” måste komprimeras mellan dem för att säkerställa god kontakt. Men på grund av dess dåliga värmeöverföringsegenskaper har detta mellanskikt också en negativ effekt på termisk prestanda.
Den nya lösningen löser alla tre problemen.
För det första är det huvudsakliga materialet som används koppar, vilket är relativt billigt. För det andra “sitter kopparpläteringsanordningen helt”, säger Gebrael – “täcker toppen, botten och sidorna … en konform beläggning som täcker alla exponerade ytor” – så att inga värmeproducerande områden finns kvar. försummad. För det tredje finns det inget behov av termiskt gränssnittsmaterial; Anordningen och kopparvärmeväxlaren är i huvudsak ett stycke. Dessutom finns det inget behov av en värmeanordning.
“I vår studie jämförde vi våra beläggningar med vanliga värmeabsorptionsmetoder,” sa Gebrael. “Vad vi visar är att du kan få mycket liknande termisk prestanda eller bättre prestanda med beläggningar jämfört med kylflänsar.” En enhet som använder en ny lösning är dock betydligt mindre än en enhet som använder skrymmande kylflänsar. “Och det leder till högre effekt per volymenhet. Vi har kunnat visa en 740 % ökning av kapaciteten per volymenhet.”
Detta gör stor skillnad i den verkliga världen. “Tänk dig att du har många kretskort”, säger Gebrael. “Jämfört med vanliga vätske- eller luftkylda kylflänsar kan du sätta ihop fler elektroniska kort i samma storlek när du använder vårt skydd.”
Nenad Miljkovic, docent i mekaniska vetenskaper och teknik vid UIUC och medförfattare till Gebrael, säger: “Denna teknik kombinerar två distinkta termiska hanteringsmetoder: kylning på enhetsnivå nära korsningen och värmeavledning på plattnivå. möjliggjorde utvecklingen av en silofri elektro-termo-mekanisk teknik för att utveckla en lösning på ett svårt problem för industrier. “
Miljkovic säger att teamet fortsätter att utöka sitt arbete vid ARPA-E och UIUC, finansierat av POETS NSF ERC.
De undersöker fortfarande beläggningarnas tillförlitlighet och hållbarhet, vilket är viktigt för industrins antagande. Papperet har redan visat att beläggningar kan användas i både luft och vatten, det senare krävs för “immersionskylning”-applikationer. Teamet tittar nu på tillförlitlighet i varmvatten, heta dielektriska vätskor och högspänningsmiljöer. De kommer också att applicera beläggningar på fullskaliga kraftmoduler och GPU-kort, även om de till en början bara använde enkla testkort.
Dessa pågående ansträngningar bör ta ett nytt steg mot en ny lösning i övergången till industriell och kommersiell produktion för en mängd olika applikationer, inklusive kraftelektronikkylning, termisk hantering av datacenter och kylning av elfordon.
