摘要:本文重点研究了带有矩形实体翅片的组合式混合微通道散热器的数值优化。轴向长度和体积固定,外部结构可以变化。模拟是在微通道散热器的基本单元上进行的。优化的目的是找到内部和外部配置中的最佳几何排列,以使微通道散热器中的峰值温度最小化。假设微电子电路板设备在单元底壁上散发 250 W/cm 2 的高密度均匀热通量。计算流体动力学代码用于离散化流体域并求解一组控制方程。讨论了水力直径、外部结构形状和流体速度对峰值温度和全局热阻的影响。雷诺数范围为 400 至 500 的冷却剂或水以强制对流层流的形式通过计算域的入口引入,以去除矩形块微通道底部的热量。结果表明,当流体速度在微散热器轴向长度上从 9.8 m/s 增加到 12.3 m/s 时,从组合散热器底部移除的热量更多。结果表明,在带翅片的组合微通道中,泵功率增加了 37.1%,而在无翅片微散热器中增加了 27.2%。研究结果与公开文献中关于具有圆形流道的传统微散热器的记录相符,趋势一致。关键词:微通道结构、配置、组合微通道和微翅片 [2022 年 11 月 14 日收到;2023 年 4 月 4 日修订;2023 年 4 月 14 日接受] 印刷 ISSN:0189-9546 | 在线 ISSN:2437-2110
1。识别被拒绝的热量并找到可以重复使用的散热器。记录了物业内设备或过程中拒绝热量的所有来源的大小和位置,以及每个散热器所需的热能的位置,中等和温度,以抵消主要能源消耗。
散热器:固有块体材料特性 – 通常为铝或铜(散热器、液冷板、蒸气室) TIM2:半导体封装外部;θ T2 由材料电阻决定,该电阻包括块体值加上 (2) 接触电阻(外壳表面、散热器) 外壳(或盖子):固有块体材料特性 – 通常为镀镍铜* TIM1:半导体封装内部;θ T1-C 由材料电阻决定,该电阻包括块体值加上 (2) 接触电阻(芯片表面、盖子内表面);或者, TIM0:无盖半导体封装(“裸片”封装) 芯片:固有块体材料特性(Si、SiC、GaN、GaAs 等)
射流冲击冷却被视为高功率电子设备热管理的绝佳选择。然而,它的缺点是高压降损失和远离射流区域的低局部传热系数。尽管据报道回流区是由于夹带而出现的,但是回流尺寸对热行为的影响尚不清楚。在这里,在数值研究中采用带有收敛环形通道的射流冲击散热器,以最大限度地减少微通道中冲击射流带来的不利冷却影响。可实现的 k − ε 湍流模型用于模拟热场和湍流流场(Re = 5,000 至 25,000)。研究发现,小尺度上不同的流动回流区是增强传热速率的原因。虽然在 Re 数较低时,收敛壁面射流冲击散热器的热性能高于其平板壁面散热器,但在 Re 数较高时,热性能结果有利于平板壁面射流冲击散热器。在 Re 数较高时,收敛通道中的流动再循环面积会缩小,因此与平板壁面射流散热器相比,收敛通道的热性能会下降。此外,研究发现,采用更陡的收敛通道会缩小流动再循环区域,导致 Re = 25,000 时压降降低高达 59%。本研究考察了不同 Re 数下流动再循环对射流冲击收敛环形散热器热工水力性能的影响。
传统散热器只是金属片的形状,依靠放置位置和周围空气从放大器中吸收热量。ICTunnel™ 更为复杂,其作用类似于调节体温的人类下丘脑。ICTunnel™ 采用铝粘合翅片散热器,这种散热器用于高功率医疗、激光和测试设备。它利用低热质量的原理,因此加热速度快,但冷却速度也快。在其相对较小的尺寸内有翅片,提供近 31 平方英尺的表面积。其操作的关键在于翅片的间距——尽可能靠近彼此以最大化隧道内的表面积,但不要太近以免彼此加热。ICTunnel™ 使用无噪音风扇以及压力和温度传感器来维持放大器的目标温度。
• 让高速设备远离连接器和电线。IC 内部的金属化层、键合线和引线框架与附近的其他导体之间可能会发生耦合(例如串扰)。这些耦合的电压和电流会大大增加高频下的 CM 辐射。因此,请让高速设备远离所有连接器、电线、电缆和其他导体。唯一的例外是专用于该 IC 的高速连接器(例如主板连接器)。当产品最终组装时,内部的柔性电线和电缆可能位于各种位置。确保任何高速设备附近都不能有电线或电缆。(没有内部电线或电缆的产品通常更容易符合 EMC 标准。)散热器是导体的一个例子,显然不能远离要冷却的 IC。但散热器会像任何其他导体一样受到来自 IC 内部的耦合信号的影响。通常的技术是使用热导体将散热器与 IC 隔离(只要满足散热目标,越厚越好),然后使用许多非常短的连接将散热器“接地”到本地接地平面(通常可以使用机械固定装置)。
在当前的工作中,直接接触制冷剂,并使用细胞进行热管理。这项研究通过允许制冷剂直接接触细胞来实验研究对电池组的冷却。此外,它提出了将这种方法与各种主动和被动冷却方法相结合的第一个实验评估。根据结果,在放电结束时,细胞的最高温度降低了34°C。在拟议的系统中,散热器是通往环境的唯一传热路径。传热是通过自由对流发生的。为了增强散热器的热量耗散,该系统与主动或被动的电池热管理系统(BTMS)结合使用。使用水凝胶之间的水凝胶在散热器的鳍之间降低了细胞的最大温度0.5°C。但是,在散热器的鳍之间使用强制气流不会影响细胞的最高温度。还将提出的系统与主动强制液体冷却系统结合使用,并研究了各种水流量。在200 lph的流速下,与没有强迫水流的模式相比,细胞的最高温度降低了1.5°C。此外,还检查了不同的入口水温,表明升高入口水温会导致细胞最高温度的显着升高。
能量是支持进化变革的主要基础之一。由于尺寸小巧且传热性能增强,纳米流体冷却微通道散热器 (MCHS) 已成为电子和热应用的热门选择。本文通过实验研究了使用纳米流体冷却芯片的影响,以评估传热特性。进行研究以确认纳米流体浓度和壁面温度对微通道散热器热工水力性能的影响。在本研究中,采用了 Al2O3 水纳米流体,纳米颗粒体积分数分别为 0.1、0.2、0.3、0.4 和 0.5%,质量流速 (MFL) 在不同入口温度下分别为 2、5 和 8 m/s。从其他研究人员的结果中验证了由此产生的实验结果,结果显示出重要的相关性。纳米流体技术和矩形散热器的配置提高了电子冷却系统的传热效率。
与传统的 2D 计算系统相比,超密集 3D 集成电路(3D IC),例如单片 3D IC(图 1),可以为数据密集型应用带来巨大的能量延迟积(EDP)优势 [1,2]。为了实现这些优势,需要将多层逻辑和存储器(例如,逻辑和/或存储器设备的薄层,以及相关的信号/全局金属布线)以 3D 形式集成,并使用有限长宽比的后端制程(BEOL)层间过孔(ILV)建立超密集(例如,间距 ≤ 100 纳米)垂直连接 [3]。现有的 BEOL 布线结构已经在使用这种纳米级 ILV。3D IC 变得至关重要,因为工艺技术小型化的根本限制使得传统的缩放路径更加困难。但是,必须克服重大的热挑战才能在多个 3D 层上实现高速和高功率计算引擎 [4-5]。如果没有新技术,未来 3D IC 的上层最高温度将大大超过可靠运行所需的上限(例如 [6] 中的 125°C)。我们使用图 1 中的单片 3D IC 来了解 3D 层中的温升和热耗散(详细分析见第 III 部分)。图 1 中的 N 层中的每一层都包含一层高速、高功率硅逻辑器件(例如,计算引擎)和由铜布线和超低κ 层间电介质 (ILD) 组成的 BEOL 层(例如,用于信号布线)。各层通过超密集 ILV 电连接。在某些设计中,每层还存在硅存储器、存储器访问设备和额外的 BEOL。3D IC 由附加的散热器进行外部冷却,散热器将产生的所有热量以散热器比传热系数 h(W/m 2 /K)散发到环境中。最高温度 T j 取决于散热器、环境温度和 N 层的热特性。散热器创新(如 [7])只需散热器上 10°C 的温升(即 h= 10 6 W/m 2 /K)即可消除 1000 W/cm 2 的热量,尽管
安全预防措施.................... ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 蓄电池. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 散热器. . . . . . . . . . . . . . . ................. ... 16
