धातु फोम का उपयोग कर नए सेमीकंडक्टर प्रशीतन प्रणाली पर अनुसंधान

इलेक्ट्रॉनिक एकीकरण प्रौद्योगिकी के तेजी से विकास के साथ, इलेक्ट्रॉनिक उपकरण भी लघुकरण, हल्के वजन और बुद्धिमत्ता की ओर बढ़ रहे हैं। हालांकि, एकीकृत इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लघुकरण से बिजली घनत्व बढ़ जाता है जबकि गर्मी अपव्यय भी बढ़ रहा है। शीतलन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए पारंपरिक शीतलन तकनीकें कठिन रही हैं। इसलिए, उच्च ताप प्रवाह घनत्व वाले इलेक्ट्रॉनिक घटकों के गर्मी अपव्यय का अध्ययन करना विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। इस पत्र में, एक हवा-ठंडा गर्मी अपव्यय विधि प्रस्तावित है, अर्थात्, अर्धचालक प्रशीतन प्रौद्योगिकी के आधार पर, फोम धातु रेडिएटर के साथ संयुक्त, एक प्रशीतन प्रणाली तैयार की जाती है और इसके प्रशीतन प्रभाव का परीक्षण एक प्रयोगात्मक के माध्यम से किया जाता है। आदर्श।

1. सैद्धांतिक आधार और प्रायोगिक उपकरण

सेमीकंडक्टर कूलर एक हीट ट्रांसफर टूल है। जब करंट N-टाइप सेमीकंडक्टर सामग्री और P-टाइप सेमीकंडक्टर सामग्री के एक टुकड़े द्वारा गठित थर्मोकपल जोड़ी से होकर गुजरता है, तो दोनों सिरों के बीच हीट ट्रांसफर होता है, जिसके परिणामस्वरूप तापमान में अंतर होता है गर्म और ठंडे सिरे बनाते हैं। हालांकि, अर्धचालक में स्वयं प्रतिरोध होता है, जो करंट के गुजरने पर गर्मी उत्पन्न करता है, जो गर्मी हस्तांतरण को प्रभावित करता है। दो प्लेटों के बीच की गर्मी भी हवा और अर्धचालक सामग्री के माध्यम से रिवर्स हीट ट्रांसफर से गुजरती है। जब गर्म और ठंडे छोर एक निश्चित तापमान अंतर तक पहुंच जाते हैं और दो गर्मी हस्तांतरण मात्रा बराबर होती है, तो आगे और पीछे गर्मी हस्तांतरण एक दूसरे को रद्द कर देता है, और ठंडे और गर्म सिरों का तापमान बदलना जारी नहीं रहेगा। इसलिए, कम तापमान प्राप्त करने के लिए, गर्म अंत के तापमान को कम करने के लिए गर्मी अपव्यय जैसी विधियों का उपयोग किया जा सकता है।

धातु फोम एक झरझरा धातु सामग्री है जिसमें 90 प्रतिशत से अधिक की छिद्र और एक निश्चित ताकत और कठोरता होती है। इस प्रकार की धातु सामग्री में उच्च वायु पारगम्यता, बड़े छिद्र सतह क्षेत्र और छोटी सामग्री थोक घनत्व होती है। जब वायु प्रवाह गुजरता है, तो इसका एक बड़ा संपर्क क्षेत्र होता है, जो ताप विनिमय के लिए अनुकूल होता है।

रेफ्रिजरेशन को सेमीकंडक्टर रेफ्रिजरेशन शीट द्वारा महसूस किया जाता है। यह देखते हुए कि अर्धचालक प्रशीतन शीट की ठंडी सतह गर्मी अपव्यय वस्तु के सीधे संपर्क में नहीं हो सकती है, और ठंडी सतह की ठंडी सतह का हवा में प्राकृतिक संवहन गर्मी हस्तांतरण प्रभाव महत्वपूर्ण नहीं है, यह फोम धातु से जुड़ा होता है गर्मी विनिमय बढ़ाने के लिए सतह। क्षेत्र, शीत ऊर्जा के आदान-प्रदान को मजबूत करने के प्रभाव को प्राप्त करने के लिए। संपर्क थर्मल प्रतिरोध को कम करने के लिए कूलिंग सेमीकंडक्टर और फोम धातु सिलिकॉन ग्रीस से बंधे होते हैं। वायु प्रवाह का एक हिस्सा शीतलन ऊर्जा को दूर ले जाता है, ठंडी हवा बनाता है और गर्मी को लक्ष्य तक पहुंचाता है, और गर्म सतह को भी हवा के प्रवाह से दूर ले जाया जाता है और पर्यावरण में छुट्टी दे दी जाती है।

प्रयोग क्रॉस-कनेक्टेड डबल एयर डक्ट्स का उपयोग करता है, जिनमें से एक का उपयोग ठंडी हवा को निर्यात करने के लिए किया जाता है और दूसरे का उपयोग गर्म हवा को निर्यात करने के लिए किया जाता है। वायु प्रवाह प्रदान करने के लिए ठंडी और गर्म हवा नलिकाओं के प्रवेश द्वार पर पंखे कनेक्ट करें, और वायु नलिकाओं को संसाधित करते समय आवश्यक मापने वाले छेद और स्थापना छेद छोड़ दें।

जब रेफ्रिजरेशन सेमीकंडक्टर सक्रिय होता है, तो एक तापमान अंतर उत्पन्न होता है, ठंडी सतह के माध्यम से हवा का प्रवाह ठंडी हवा बनने के लिए ठंडा हो जाता है, और गर्म सतह के माध्यम से हवा का प्रवाह इसे ठंडा कर देता है और गर्म हवा वाहिनी से निकल जाता है। गर्म पक्ष का तापमान जितना कम होगा और ठंडे हिस्से का तापमान जितना कम होगा, शीतलन प्रभाव उतना ही बेहतर होगा। ठंडी हवा वाहिनी के आउटलेट पर 4 सममित तापमान मापने के बिंदु (प्रयोग में T5, T6, T7, T8 के रूप में चिह्नित, इकाई डिग्री) हैं, और 4 एनीमोमीटर को आउटलेट हवा के तापमान को मापने के लिए सममित रूप से व्यवस्थित किया जाता है, जबकि इनलेट हवा तापमान परिवेश के तापमान से निर्धारित होता है। बाहर निकलने पर हवा की गति मापने के लिए एनीमोमीटर लगाएं। इसके अलावा, अर्धचालक ठंडी सतह के संपर्क में फोम धातु की सतह को केंद्र में सममित रूप से 4 मापने वाले बिंदुओं के साथ व्यवस्थित किया जाता है, और नीचे की सतह पर वेल्डेड तांबे की प्लेट के तापमान को मापने के लिए तांबे की प्लेट पर 4 थर्मोकपल को स्पॉट वेल्डेड किया जाता है। फोम धातु की, जिसे कीशले डेटा अधिग्रहण प्रणाली द्वारा एकत्र किया जाता है। , 100 बार एकत्र किया गया, और क्रमशः औसत (प्रयोग में T1, T2, T3, T4 के रूप में दर्ज किया गया, इकाई डिग्री), प्रशीतन के सापेक्ष गर्मी हस्तांतरण गुणांक की गणना के लिए उपयोग किया जाता है।

इस मॉडल के ठंडे वायु नलिका तापमान क्षेत्र के संख्यात्मक सिमुलेशन परिणाम: परिवेश का तापमान 298 के (25 डिग्री) है, और 400 मिमी * 100 मिमी * 40 मिमी की नकली ठंडी हवा नली में, अर्धचालक प्रशीतन चिप 12 वी की रेटेड स्थितियों के तहत काम करता है और 6A, और फोम धातु सामग्री तांबा है। , आकार 100 मिमी * 100 मिमी * 40 मिमी है, और यह 5 पीपीआई है। परिणामों से प्रशीतन के सैद्धांतिक प्रभाव की पुष्टि की जा सकती है।

2. प्रायोगिक प्रक्रिया

2.1 प्रायोगिक उपकरण

1 plexiglass क्रॉस एयर डक्ट, 2 सभी -कॉपर कोर 80W गति-विनियमित केन्द्रापसारक पंखे, रेफ्रिजरेटिंग सेमीकंडक्टर (रेटेड काम करने की स्थिति 12V, 6A) 50mm*50mm, 2 इलेक्ट्रॉनिक एनीमोमीटर, 4 इलेक्ट्रॉनिक एनीमोमीटर, 1 ग्लास थर्मामीटर समर्थन करता है, कई तांबा फोम धातु, पीसी, तांबा स्थिरांक थर्मोकपल, बर्फ की बोतल, केशिली 2700 डेटा अधिग्रहण प्रणाली, डेटा अधिग्रहण कार्ड, रैखिक स्थिर बिजली की आपूर्ति, आदि।

2.3 प्रायोगिक चरण

डिजाइन के अनुसार एक परीक्षण बेंच बनाएं, और कमरे का तापमान टीएस (डिग्री) पढ़ें, जो कि 26.5 डिग्री है।

पंखा 220V बिजली की आपूर्ति द्वारा संचालित होता है, और शीतलन अर्धचालक एक रैखिक वोल्टेज स्थिर बिजली आपूर्ति द्वारा संचालित होता है।

गर्म हवा वाहिनी पंखे की हवा की गति V2 को अपरिवर्तित रखें, प्रशीतन अर्धचालक के कार्यशील वोल्टेज U या वर्तमान I को समायोजित करें, ठंडी हवा वाहिनी पंखे की हवा की गति V1 को समायोजित करें, और बदले में T1 ~ T8 पढ़ें; फिर V2 बदलें, प्रशीतन अर्धचालक के कार्यशील वोल्टेज या धारा को समायोजित करें, और ठंडी हवा की वाहिनी को समायोजित करें। पंखे की हवा की गति V1, क्रम में T1 ~ T8 पढ़ें; ऊपर बताए अनुसार दोहराएं, जहां V2 0.5m/s, 1.0m/s, 2.0m/s, 3.0m/s, 4.0m/s, V1 {{20}}.5m/s क्रमशः, 1.0m/s, 1.5m/s, 2.{{31 }}m/s, 2.5m/s, 3.0m/s, 3.5m/s, 4.0m/s, (U, I) क्रमशः हैं (1.4V, 1 .0A), (3.1V, 2.0A), (46V, 3.{{50}}A), (6.3V, 4.0A), ( 8.2 वी, 5.0 ए) ..

ठंडी हवा वाहिनी के आउटलेट पर औसत तापमान Tb=(T5 plus T6 plus T7 plus T8)/4, सेमीकंडक्टर कोल्ड सरफेस Ta के संपर्क में मेटल फोम बॉटम कॉपर प्लेट का औसत तापमान{{6 }}(T1 प्लस T2 प्लस T3 प्लस T4)/4; सूत्र द्वारा h*ΔTa* S=Q=Cp*(m/t)*ΔTb, शीतलन शक्ति Q और सापेक्ष ऊष्मा अंतरण गुणांक h की गणना करें, जहां समीकरण का बायां पक्ष है ठंडी सतह गर्मी हस्तांतरण शक्ति, और दाईं ओर वायु शीतलन द्वारा गणना की जाने वाली शीतलन शक्ति है। एस - धातु फोम की निचली सतह का क्षेत्र, Ta=Ts-Ta, h वास्तविक गर्मी हस्तांतरण गुणांक है जिसमें S गर्मी हस्तांतरण क्षेत्र के रूप में है, Cp हवा की विशिष्ट गर्मी है कमरे का तापमान, 1.004KJ/

चित्रा 2 से चित्रा 4 तक, ठंडी हवा की वाहिनी की हवा की गति कम होने के कारण, आउटलेट हवा का तापमान कम होता है, और शीतलन प्रभाव बेहतर होता है। कूलिंग शीट की शक्ति जितनी अधिक होगी, ठंडी हवा वाहिनी के आउटलेट पर हवा का तापमान उतना ही कम होगा, लेकिन जब प्रयोग में शक्ति अधिकतम तक पहुंच जाएगी, तो ठंडी हवा वाहिनी के आउटलेट पर हवा का तापमान फिर से बढ़ जाएगा, क्योंकि गर्म सतह की गर्मी अपव्यय की स्थिति सीमित होती है, तापमान बढ़ता है, और ठंडी सतह का तापमान संगत होता है। उठाना।

चूंकि प्रयोग उपकरणों और पर्यावरण से प्रभावित होता है, हालांकि वक्र में एक निश्चित सीमा तक उतार-चढ़ाव होता है, समग्र निष्कर्ष यह है कि गर्म हवा वाहिनी की हवा की गति V2 में वृद्धि के साथ, ठंडी हवा वाहिनी के आउटलेट पर हवा का तापमान Tb होता है। घटता है, और शीतलन प्रभाव अच्छा है।

प्रयोगात्मक डेटा की गणना के माध्यम से, गर्मी विनिमय क्षेत्र के रूप में एस के साथ ठंडी सतह का वास्तविक गर्मी हस्तांतरण गुणांक एच, शीतलन शक्ति क्यू, और शीतलन अर्धचालक शक्ति डब्ल्यू प्राप्त किया जा सकता है। डेटा विश्लेषण से पता चलता है कि जब केवल ठंडी हवा की वाहिनी के आउटलेट पर हवा की गति और प्रवाह में परिवर्तन होता है, अर्थात, q बढ़ जाता है, तो आउटलेट हवा का तापमान बढ़ जाता है और शीतलन शक्ति Q बढ़ जाती है; जब केवल कूलिंग सेमीकंडक्टर पावर को बदला जाता है, यानी W बढ़ता है, आउटलेट हवा का तापमान कम हो जाता है, और कूलिंग पावर कम हो जाती है। शक्ति क्यू बढ़ जाती है; जब केवल गर्म हवा की वाहिनी की हवा की गति बदल जाती है, अर्थात V2 बढ़ जाती है, आउटलेट हवा का तापमान कम हो जाता है और शीतलन शक्ति Q बढ़ जाती है। गर्मी विनिमय क्षेत्र के रूप में एस के साथ ठंडी सतह का वास्तविक गर्मी हस्तांतरण गुणांक एच, वी 1 की वृद्धि के साथ एच बढ़ता है, और वी 2 की वृद्धि के साथ बढ़ता है; लेकिन जब शीतलन अर्धचालक शक्ति W बढ़ जाती है, तो h धीरे-धीरे कम हो जाता है।

प्रयोग में, शीतलन शक्ति Q का उच्चतम मान V2=3m/s, U=6.3V, I=4A, V1=4 की अवस्था में मापा जाता है। एम / एस, जो साबित करता है कि शीतलन शक्ति को व्यापक रूप से विचार करने की आवश्यकता है कि क्या गर्मी अपव्यय की स्थिति संबंधित शक्ति और वायु प्रवाह की गुणवत्ता को पूरा करती है। प्रवाह का आकार, ठंडी हवा की गति और अन्य कारक।

3. निष्कर्ष

इस पत्र में, फोम मेटल सेमीकंडक्टर रेफ्रिजरेशन सिस्टम का उपयोग करते हुए एक प्रायोगिक प्रोटोटाइप तैयार किया गया है। प्रयोगात्मक परिणामों और आंकड़ों के सांख्यिकीय विश्लेषण के अनुसार, निम्नलिखित निष्कर्ष निकाले गए हैं:

(1) समान परिस्थितियों में, ठंडी हवा की हवा की गति जितनी कम होगी, आउटलेट हवा का तापमान उतना ही कम होगा; प्रशीतन अर्धचालक की विद्युत शक्ति जितनी अधिक होगी, आउटलेट हवा का तापमान उतना ही कम होगा; गर्म हवा वाहिनी हवा की गति बढ़ जाती है, और ठंडी हवा वाहिनी आउटलेट हवा का तापमान कम हो जाता है।

(2) समान परिस्थितियों में, ठंडी हवा की वाहिनी की आउटलेट हवा की गति बढ़ जाती है, आउटलेट हवा का तापमान बढ़ जाता है, और शीतलन शक्ति Q बढ़ जाती है; ठंड अर्धचालक शक्ति डब्ल्यू बढ़ जाती है, आउटलेट हवा का तापमान कम हो जाता है, और शीतलन शक्ति बढ़ जाती है; गर्म हवा वाहिनी हवा की गति बढ़ जाती है, आउटलेट हवा का तापमान कम हो जाता है, शीतलन शक्ति बढ़ जाती है।

(3) एस के साथ ठंडी सतह का वास्तविक गर्मी हस्तांतरण गुणांक एच के रूप में गर्मी विनिमय क्षेत्र V1 की वृद्धि के साथ बढ़ता है, और V2 की वृद्धि के साथ बढ़ता है; प्रशीतन अर्धचालक की शक्ति बढ़ जाती है, और h धीरे-धीरे कम हो जाता है।

(4) कम शीतलन शक्ति के लिए, कम ठंडी हवा की गति, उच्च गर्म हवा की गति और विद्युत शक्ति का चयन करें; उच्च शीतलन शक्ति के लिए, उच्च ठंडी हवा की गति और गर्म हवा की गति, और उच्च विद्युत शक्ति चुनें।