1
УДК 621.389
Активные теплоотводы как новое направление
в микроэлектронике
© Ю.Н. Бендрышев, В.И. Стрелов
ФИК РАН НИЦ «Космическое материаловедение». Калуга, 248640, Россия
Исследована проблема отвода теплоты, образующейся при работе электронных
изделий. Проведен ряд экспериментов, подтверждающих эффективность примене-
ния микронасосов в качестве охлаждающих устройств для полупроводниковых при-
боров, компьютеров, видеокарт, лазеров, светодиодных систем освещения и т. д.
Выявлены некоторые особенности использования микронасосов. Полученные резуль-
таты важны при разработке интегрированных систем (в том числе и по техноло-
гии MEMS).
Ключевые слова:
активный теплоотвод, микронасос, пьезопривод, мембранный
пьезопривод.
Введение.
В подавляющем большинстве случаев для охлаждения
электронных изделий используют так называемые пассивные (есте-
ственные) системы охлаждения без вентиляторов, выполненные в
виде металлических (как правило, алюминиевых) радиаторов. При
этом для охлаждения любого тепловыделяющего устройства, необ-
ходимо вначале отвести от него на некоторое расстояние теплоту, а
затем рассеять ее в окружающей среде. Физика и механизмы этих
двух взаимосвязанных процессов теплопередачи принципиально раз-
личны: в первом случае теплопроводность, во втором — конвекция.
Основные используемые в настоящее время системы охлаждения —
радиаторы, теплообменники и тепловые насосы.
Радиаторы.
Естественная конвекция состоит из непрерывного
процесса подхода к поверхности радиатора «холодных» частиц воздуха
и их локального нагрева. Нагретые частицы воздуха (характеризуются
бóльшим удельным объемом) перемещаются вверх, освобождая место
для новых «холодных» частиц. Выделенная при этом теплота в даль-
нейшем постепенно рассеивается. Окружающий воздух, играет таким
образом роль своеобразного «теплорассеивающего насоса».
Процесс
рассеяния теплоты воздухом определяется в первую очередь парамет-
рами так называемого пограничного слоя охлаждающего воздуха (его
температурой, влажностью, скоростью естественной конвекции).
Теплопроводность материала радиатора, на поверхности которого
происходит теплообмен, влияет на количество поглощенной воздухом
теплоты опосредованно, через изменение температуры поверхности
теплообмена. Зависимость теплоты рассеяния от теплопроводности ма-
териала имеет нелинейный характер с ярко выраженной асимптотой
(рис. 1).
