Обзор различных методов охлаждения интегральных схем

Jun 09, 2023

Интегральные схемы, сердце современной электроники, становятся все более сложными и мощными. В результате они выделяют больше тепла, что может ухудшить производительность и даже привести к сбою, если не управлять им должным образом. Поэтому эффективные методы охлаждения интегральных схем имеют решающее значение для обеспечения их долговечности и оптимальной производительности. В этой статье представлен подробный обзор различных методов охлаждения, используемых в промышленности.

Пассивное охлаждение — это самый простой метод управления теплом в интегральных схемах. Этот метод основан на естественной конвекции воздуха или передаче тепла в окружающую среду. Радиаторы, изготовленные из материалов с высокой теплопроводностью, таких как алюминий или медь, часто используются в пассивном охлаждении. Они предназначены для увеличения площади поверхности, контактирующей с охлаждающей средой, обычно с воздухом, для более эффективного рассеивания тепла. Хотя пассивное охлаждение является простым и экономически эффективным, его может быть недостаточно для высокопроизводительных цепей, генерирующих значительное количество тепла.

С другой стороны, активное охлаждение использует механические устройства, такие как вентиляторы или насосы, для улучшения процесса рассеивания тепла. Вентиляторы обычно используются для увеличения потока воздуха над радиатором, тем самым повышая эффективность его охлаждения. Жидкостное охлаждение, еще одна форма активного охлаждения, использует охлаждающую жидкость для поглощения тепла от интегральной схемы и насос для циркуляции охлаждающей жидкости через радиатор, где тепло рассеивается. Хотя методы активного охлаждения более эффективны, чем пассивные, они также потребляют дополнительную мощность и могут создавать механический шум.

Термоэлектрическое охлаждение — более совершенный метод, использующий эффект Пельтье для создания теплового потока между стыками двух разных типов материалов. Этот метод позволяет охладить интегральную схему ниже температуры окружающей среды, что невозможно при пассивном или активном охлаждении. Однако термоэлектрические охладители менее энергоэффективны и дороже, чем другие методы охлаждения.

В последние годы микроканальное охлаждение стало многообещающим методом создания высокопроизводительных интегральных схем. Этот метод включает в себя протравливание крошечных каналов в подложке интегральной схемы и циркуляцию через них охлаждающей жидкости. Микроканальное охлаждение позволяет достичь очень высоких скоростей теплопередачи благодаря большому соотношению площади поверхности к объему каналов. Однако этот метод сложен и требует точных процессов изготовления.

Охлаждение с фазовым переходом — еще один передовой метод, который использует скрытое тепло, поглощаемое или выделяемое во время фазового перехода материала. Например, материал с фазовым переходом (PCM) может поглощать большое количество тепла при плавлении, эффективно охлаждая интегральную схему. Как только PCM затвердеет, его можно будет повторно нагреть и использовать повторно. Охлаждение с фазовым переходом может обеспечить превосходное управление температурным режимом для интегральных схем, но оно также требует тщательного проектирования и выбора материалов.

В заключение отметим, что существуют различные методы охлаждения интегральных схем, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Пассивное и активное охлаждение широко используются из-за их простоты и экономичности, в то время как передовые методы, такие как термоэлектрическое охлаждение, микроканальное охлаждение и охлаждение с фазовым переходом, обеспечивают превосходную производительность при более высоких затратах. По мере развития интегральных схем будут развиваться и методы, используемые для их охлаждения, гарантируя, что они смогут работать в полную силу без перегрева.