Полупроводниковая технология охлаждения

С непрерывным стремлением к вычислительной мощности человека в вычислительные чипы вставляется все больше и больше транзисторов. Плотность каждого вычислительного блока увеличивается. В то же время более высокая частота также приводит к более высокому рабочему напряжению и энергопотреблению чипа. Можно предсказать, что в ближайшие несколько лет мы продолжим стремиться к повышению вычислительной производительности чипа, что также означает, что нам также необходимо постоянно решать проблему рассеивания тепла, связанную с температурой чипа.

Полупроводниковая технология охлаждения, основанная на принципе термоэлектрического эффекта, представляет собой новый метод охлаждения с высокой управляемостью, простотой использования и низкой стоимостью. Он постепенно используется в области рассеивания тепла.

Термоэлектрический эффект представляет собой прямое преобразование напряжения, создаваемого разностью температур, и наоборот. Проще говоря, термоэлектрическое устройство, когда между двумя их концами есть разница температур, оно будет создавать напряжение, а когда к нему приложено напряжение, оно также будет создавать разницу температур. Этот эффект можно использовать для выработки электроэнергии, измерения температуры и охлаждения или обогрева объектов. Поскольку направление нагрева или охлаждения зависит от приложенного напряжения, термоэлектрические устройства позволяют очень легко регулировать температуру.

По сравнению с традиционным воздушным охлаждением и жидкостным охлаждением, полупроводниковое охлаждение чипов имеет следующие преимущества: 1 Температура может быть ниже комнатной температуры;

2. Точный контроль температуры (используя замкнутую цепь контроля температуры, точность может достигать ± 0.1 градуса);

3. Высокая надежность (холодильные компоненты представляют собой цельные устройства без движущихся частей, со сроком службы более 200000 часов и низкой интенсивностью отказов);

4. Нет рабочего шума.

Задача охлаждения TE:

1. В настоящее время коэффициент охлаждения полупроводника невелик, а энергия, потребляемая при охлаждении, намного превышает холодопроизводительность. Коэффициент энергопотребления радиатора Tec слишком низок, и на данном этапе радиатор Tec не может стать основным решением для охлаждения.

2. При работе охлаждающей лопасти TEC требуется эффективное рассеивание тепла на горячем конце и охлаждение на холодном конце. То есть, если холодильное устройство TEC хочет осуществлять мощное охлаждение и выводить на ЦП для отвода тепла, оно также должно постоянно рассеиваться, что приводит к неспособности мощного tec работать независимо.

3. Влага в воздухе легко образует конденсат в частях ниже комнатной температуры перед лицом большой разницы температур окружающей среды, изготовленной tec. Необходимо создать определенную герметизирующую среду вокруг процессора, чтобы избежать риска образования конденсата и повреждения компонентов основной платы.

С улучшением процесса плотность транзисторов увеличивается, а площадь кристалла ядра ЦП становится все меньше и меньше. Согласно принципу термодинамики, когда площадь теплопроводности меньше, для поддержания характеристик теплопроводности требуется большая разница температур. Традиционная форма отвода тепла с меньшей разницей температур не может решить эту проблему. Даже если энергопотребление процессора невелико, он все равно будет серьезно накапливать тепло, что приводит к слишком низкому частотному ограничению. Tec, естественно, имеет большую разницу температур (температура на конце поглощения тепла может легко достигать - 20 градусов), что может быть лучшим решением для решения проблемы небольшой площади и высокой теплопроводности.