ASHRAE - American Society of Heating@ Refrigerating and Air-Conditioning Engineers@ Inc.
Последняя версия
ASHRAE IJHVAC 16-1-2010
сфера применения
ВВЕДЕНИЕ В настоящее время технологии комплементарных металлооксидных полупроводников (КМОП) выступают в качестве основного класса интегральных схем и широко применяются в микропроцессорах@микроконтроллерах@статической оперативной памяти(ОЗУ)@ и других цифровых логических схемах. С постоянным ростом производительности@ существует острая потребность в охлаждении для обеспечения производительности микропроцессоров@ микроконтроллеров@ статического ОЗУ@ и других цифровых логических схем. В частности, известно, что характеристики КМОП можно значительно улучшить, если дополнительно снизить температуру. Существует множество преимуществ (Ghibaudo et al. 1992)@, например@ более высокая мобильность несущей @ более высокая скорость насыщения @ лучшие возможности включения (подпороговая крутизна) @ устойчивость к фиксации @ улучшенная надежность благодаря активированным процессам деградации @ пониженное энергопотребление @ уменьшение токов утечки@ снижение сопротивления межсоединений@ повышение теплопроводности@ и снижение теплового шума@ в дополнение к работе при низких температурах. Более того, хорошо известно, что эксплуатация полупроводниковых приборов при более низких температурах приводит к заметному улучшению характеристик (Таут и др., 1997). Это происходит из-за более быстрого времени переключения полупроводниковых устройств и увеличения скорости цепи из-за более низкого электрического сопротивления соединительных материалов при низкотемпературных операциях (Balestra and Ghibaudo 1994). В зависимости от характеристик легирования@ достижимое улучшение производительности колеблется от 1% до 3% на каждые 10??(50?? пониженной температуры транзистора (Phelan 2001). Однако@ в дополнение к физическому пределу уменьшения размера интегральной схемы@ сопутствующим выделением тепла становится все труднее управлять.Фактически@все современные электронные продукты страдают от быстрого роста потребности в охлаждении.Хотя обычное воздушное охлаждение по-прежнему доминирует над решениями по охлаждению@, оно страдает от таких проблем, как шум и снижение эффективности теплопередачи; следовательно@ такие альтернативы, как тепловые трубы@ погружение в жидкость@ струйное воздействие и распыление@ термоэлектрика@ и охлаждение (Trutassanawin et al. 2006). Из имеющихся альтернатив@ только термоэлектрика и охлаждение могут обеспечить работу при температуре ниже окружающей среды, которая вполне Привлекателен для применений с высоким потоком. На практике @ холодильное оборудование способно работать при высокой температуре окружающей среды @, однако его коэффициент полезного действия (COP) значительно превышает существующие термоэлектрические системы. Существуют и другие преимущества использования холодильного охлаждения (Таут и др., 1997 г.), такие как поддержание низких температур перехода при рассеивании высоких тепловых потоков, потенциальное увеличение производительности микропроцессора при более низких рабочих температурах и повышенная надежность чипа. Сообщаемые исследования по охлаждению электронных устройств с помощью охлаждения были в основном связаны с фундаментальными характеристиками системы@, такими как тепловое сопротивление перехода к окружающему воздуху@ COP системы холодильной системы (Phelan and Swanson 2004)@ и переходные характеристики (Nnann 2006). Некоторые системы холодильного охлаждения для электроники уже доступны (например, @ см. Schmidt and Notohardjono [2002] @ Thermaltake [2009] @ и Bash et al. [2002]). Однако, как отметил Агву Ннанна (2006)@, при использовании систем охлаждения для охлаждения электроники возникают две основные проблемы. Первое связано с образованием конденсата на поверхностях, работающих при температуре ниже окружающей среды, а второе — с запаздывающей реакцией системы на приложенную нагрузку на испаритель. Обратите внимание, что конденсация происходит, когда температура ниже температуры точки росы окружающего воздуха. Присутствие водяного конденсата может представлять опасность для электронной системы, и его следует всегда избегать. Типичные решения могут включать неуклюжую изоляцию или использование дополнительного нагревателя для испарения конденсата за пределами охлаждающей пластины (Asetek 2009). Первый требует значительного пространства, которое на практике часто весьма ограничено и может снизить общую производительность системы из-за блокировки воздушного потока. Последняя конструкция не только создает проблемы в управлении, но и требует дополнительных затрат энергии. Учитывая недостатки этих двух общих решений, настоящее исследование предлагает новую конструкцию, позволяющую полностью исключить влияние конденсата. Затем производительность предлагаемой концепции сравнивается с эффективностью обычной холодной плиты.
ASHRAE IJHVAC 16-1-2010 История
2010ASHRAE IJHVAC 16-1-2010 Исследования систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха