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전자제품 냉각 상태 점검 | 전자제품 냉각

소개

몇 년 전 저는 전자 냉각 연구의 미래 과제와 목표를 논의하기 위해 Purdue University에서 열린 회의에 참석했습니다. 상당한 관심을 불러일으킨 한 가지 주제는 전자 냉각 커뮤니티가 새로운 개발에 부응하기 위해 노력해야 하는 실질적인 과제를 나타내는 열유속의 크기였습니다. 그룹이 개발할 수 있는 합의에 가장 가까운 것은 1000W/cm2였습니다.2 꽤 높은 목표처럼 보였습니다. 저는 열유속이 약 1200W/cm2인 생산 시스템의 문제 해결을 돕고 있다는 사실 때문에 이에 동의하기가 어려웠습니다.2 . 우리가 이러한 크기의 열 유속을 처리할 수 있게 해 준 주요 요인은 우리 구성 요소가 약 10W를 소산하지만 크기가 1mm2 미만인 LED라는 사실이었습니다. 분명히 열 유속만으로는 열 문제의 크기를 결정하지 않으며 열원의 크기도 중요합니다. 이것은 조금만 생각해보면 분명해집니다. 예를 들어, 우리가 휴대폰을 사용할 때마다 10,000W/cm2를 초과할 가능성이 있는 열유속 수준이 생성됩니다.2 수준 – 그러나 집적 회로 접합의 미크론 크기 규모입니다.

LED 작업을 설명한 논문에서 [1]나는 열유속 문제를 논의하는 데 약간의 시간을 보냈고 열원의 크기가 ‘어려운’ 열유속을 구성하는 요소에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지에 대한 예를 보여주는 차트를 포함했습니다. 나는 열 유속 대 크기 데이터를 식별하기 위해 열 회의에서 발표된 데이터를 수집하고 주어진 열원 영역에 대한 열 유속 ‘한계’를 구성하는 요소에 대한 지침을 제공하는 곡선 맞춤을 생성했습니다. 이것은 다음과 같이 표시됩니다. 그림 1. 데이터가 로그-로그 척도로 표시된다는 사실은 예상보다 좋은 상관관계를 더 강하게 나타냅니다. 그러나 이는 열유속 한계가 대략 열원 면적의 제곱근의 역수에 비례하는 경향을 보이는 것 같습니다. 이 플롯의 데이터에서 열원 영역은 열유속과 관련된 평면형 영역입니다. 방열판 핀과 같은 향상된 영역 효과는 포함되지 않습니다.

그림 1 이는 최대 열유속(Φ) 사이에 대략적인 관계가 있는 것으로 보인다는 것을 보여줍니다.한계) 및 열원(A)의 크기; 즉 Φ한계 = C*/A1/2여기서 C*는 상수입니다. 플롯에 표시된 데이터 포인트는 모두 컨퍼런스에서 제시되었으며 까다롭지만 달성 가능한 조건을 나타내는 것으로 나타났으며 계수 C*의 값은 대략 300과 동일합니다. 이는 분명히 다음을 가정하여 훨씬 더 대략적으로 만들 수 있는 대략적인 근사치입니다. 다른 수준의 기술적 과제도 특정 C* 값으로 이어질 수 있습니다. 이러한 가정을 통해 전자 냉각 응용 분야에서 주어진 열 유속 및 전력 손실에 대한 열 문제에 해당하는 C* 값을 정의할 수 있습니다. 1 번 테이블 열 설계의 다양한 ‘난이도’를 설명하는 값을 정의하려는 시도를 보여줍니다.

설계 과제 수준을 설명하기 위해 상수 값이 정의되면 주어진 전력 및 면적 조합에 대한 열 관리의 어려움을 평가할 수 있습니다. 그림 2 이 개념을 그래픽 형식으로 표현합니다. 이 차트에 따르면 100W의 전력 손실은 0.01cm2보다 작은 영역에서는 ‘상당히 불가능’하고, 1cm 영역에서는 ‘어려운 일’입니다.2 ~1000cm의 면적에 대해 ‘합리적’2 .

독자가 분석 소프트웨어 구독을 취소하고 향후 모든 설계 결정을 기반으로 시작하기 전에 그림 2그들은 그 세대에 들어간 가정의 거의 숨이 막힐 정도로 많은 수와 범위를 염두에 두어야 합니다. 이 차트는 제한된 데이터 세트에 대한 매우 대략적인 회귀 곡선을 확장하며, 이는 기껏해야 전자 장치 냉각 응용 분야를 합리적으로 대표하는 것으로 보입니다. 그러나 전자 장치 냉각은 신뢰성 요구 사항, 주변 온도, 주변 압력, 전자 부품 유형, 사용 가능한 냉각 조건, 포장 재료 유형 등이 매우 다양한 여러 산업 분야에서 상대적으로 광범위한 주제입니다. 그림 2 광범위한 일반화를 개발하기 위해 이러한 다양한 제약 조건의 영향을 무시합니다. 독자들은 Alexandre Dumas의 관찰(“모든 일반화는 위험합니다. 심지어 이것조차도”)을 상기하고 단순히 그림을 사용하여 주어진 열 조건이 얼마나 어려울 수 있는지에 대한 감각을 발전시켜야 합니다. 더 좋은 점은 독자가 열 유속 및 열 전달 영역 측면에서 자신의 설계에서 열 문제를 평가하고 이를 사용하여 자신의 경험에 해당하는 C* 값을 정의하고 자신만의 버전을 만들 수 있다는 점입니다. 1 번 테이블. 그런 다음 해당 계수를 사용하여 자체 버전을 생성할 수 있습니다. 그림 2 이는 특정 설계 제약 조건에 더 잘 부합하는 열유속 온전성 검사를 제공합니다.

참조

1. Ross Wilcoxon 및 Dave Cornelius, “항공 응용 분야를 위한 LED 조명 엔진의 열 관리”, 제22회 연례 IEEE 반도체 열 측정 및 관리 심포지엄, 페이지 178-185, 2006

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