การออกแบบความร้อนของอุปกรณ์ไฟฟ้า

ในปัจจุบัน ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์กำลังพัฒนาสู่การย่อส่วน การรวมเข้าด้วยกันสูง และประสิทธิภาพสูง ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และขนาดของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ก็กำลังพัฒนาไปสู่การย่อส่วนเช่นกัน สิ่งนี้ทำให้การออกแบบการระบายความร้อนของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ทำได้ยากขึ้น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ประกอบด้วยโมดูลหลายหน่วย เมื่อเปิดอุปกรณ์ ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์เหล่านี้จะสร้างความร้อนสูง และอุณหภูมิภายในอุปกรณ์จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว หากไม่สามารถส่งและคายความร้อนได้ทันเวลา จะส่งผลกระทบต่อการทำงานปกติของอุปกรณ์อย่างร้ายแรง และอาจสร้างความเสียหายได้ ดังนั้นการออกแบบการกระจายความร้อนจึงเป็นส่วนสำคัญในการออกแบบโครงสร้างของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

วิธีการถ่ายเทความร้อน:

โดยทั่วไป การนำความร้อนมี 3 รูปแบบ ได้แก่ การนำความร้อน การพาความร้อน และการแผ่รังสี

การเลือกโหมดทำความเย็น:

เนื่องจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์หลายชิ้น โครงสร้างของอุปกรณ์จึงซับซ้อนเช่นกัน โครงสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีโหมดการถ่ายเทความร้อนภายในหลายแบบ และในหลายกรณี หลายโหมดอยู่ร่วมกัน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีพารามิเตอร์ของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์และสภาพแวดล้อมในการทำงานเพื่อเลือกวิธีการกระจายความร้อน ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ในสภาพแวดล้อมที่ชื้นจำเป็นต้องใช้การออกแบบแบบปิดเพื่อกระจายความร้อน สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่ต้องการการออกแบบแบบปิด การกระจายความร้อนตามธรรมชาติจะถูกเลือกเป็นวิธีการกระจายความร้อน อย่างไรก็ตาม สำหรับอุปกรณ์ที่สร้างความร้อนจำนวนมาก จำเป็นต้องส่งเสริมการกระจายความร้อนหรือใช้การระบายความร้อนด้วยอากาศแบบบังคับเพื่อกระจายความร้อน

การออกแบบระบายความร้อนเป็นหลัก:

การพาความร้อนตามธรรมชาติของอากาศ: ใช้เปลือกอุปกรณ์เป็นหม้อน้ำ ติดตั้งอุปกรณ์ทำความร้อนบนเปลือก และถ่ายโอนความร้อนไปยังอากาศโดยตรง การระบายความร้อนตามธรรมชาติเหมาะสำหรับอุปกรณ์ทำความร้อนที่ใช้พลังงานต่ำ

การระบายความร้อนด้วยการพาความร้อนแบบบังคับ: ไม่เพียงแต่การออกแบบที่เรียบง่ายเท่านั้น แต่ยังสะดวกและประหยัดในการใช้งานอีกด้วย และการใช้งานยังครอบคลุมมากขึ้นเนื่องจากมีความน่าเชื่อถือสูง

การระบายความร้อนด้วยของเหลว: เนื่องจากประสิทธิภาพสูงและความกะทัดรัด จึงใช้กันอย่างแพร่หลายในการทำให้หน่วยอิเล็กทรอนิกส์เย็นลงโดยมีความลื่นไหลของความร้อนสูง และกลายเป็นจุดสนใจของการวิจัยการออกแบบการระบายความร้อน การระบายความร้อนด้วยของเหลวสามารถเป็นแบบเฟสเดียวหรือสองเฟส ส่วนใหญ่รวมถึงการระบายความร้อนโดยตรงหรือโดยอ้อม

TEC Cooling: ข้อดีของมันคือไม่มีเสียงรบกวนและการสั่นสะเทือน โครงสร้างที่กะทัดรัด การใช้งานและการบำรุงรักษาที่สะดวก ไม่ต้องใช้สารทำความเย็น และความสามารถในการทำความเย็นและความเร็วในการทำความเย็นสามารถปรับได้โดยการเปลี่ยนกระแสไฟ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบที่มีอุณหภูมิคงที่และความหนาแน่นของพลังงาน และยังสามารถใช้เพื่อทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิต่ำเย็นลงได้อีกด้วย

ไมโครแชนเนลคูลลิ่ง:

บนแผ่นเวเฟอร์หรือพื้นผิวแบบแอนไอโซโทรปิกซิลิกอน การกัดแบบแอนไอโซโทรปิกจะใช้เพื่อสร้างช่องสเกล เมื่อของเหลวไหลผ่านช่องฉาก ของเหลวสามารถให้ความร้อนหรือดูดซับพลังงานความร้อนได้โดยตรง ในเวลานี้ ของเหลวอยู่ในสถานะไม่สมดุลอย่างมาก และพลังงานการถ่ายเทความร้อนมีมาก นอกจากนี้ การทดลองยังแสดงให้เห็นว่าแม้ว่าสารหล่อเย็นจะไหลผ่านไมโครแชนแนลในเฟสเดียว ผลการทำความเย็นยังดีกว่าการใช้ของเหลวเดือดเพื่อระบายความร้อนอย่างมาก

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการวิจัยอย่างต่อเนื่องเกี่ยวกับเทคโนโลยีการออกแบบระบายความร้อน ในขณะที่มีการพัฒนาวัสดุหลายชนิดอย่างต่อเนื่องโดยมีค่าการนำความร้อนสูง การใช้วัสดุเหล่านี้อย่างกว้างขวางจะช่วยปรับปรุงเทคโนโลยีการกระจายความร้อนของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบันได้อย่างมาก