Vad handlar värme och elektronikkylning om, och varför skall jag bry mig?
Del V – Utmaningen framåt. Elektronikhårdvara utvecklas idag i tre väldigt tydliga riktningar – och detta gäller oavsett vilken typ av elektronik vi betraktar: Miniatyrisering; Komponenter och apparater blir allt mindre och mer kompakta. Förmåga; Enheter kör större och mer krävande programvara och utför fler operationer parallellt. Hastighet; Digitala kommunikationshastigheter ökar, liksom busshastigheter samt läs- och skrivhastigheter i lagringsenheter etc.
Vår förmåga att leverera hårdvara och de prestandanivåer som våra respektive marknader kräver är helt beroende av vår förmåga att utforma termiska lösningar som kan leverera den verkningsgrad, kostnadseffektivitet och formfaktor som krävs.
Alla dessa utvecklingstrender har en mycket viktig sak gemensamt: de driver förlustvärme.
Miniatyrisering ökar effekttätheten. När en enhet görs mindre kommer värmekällorna i den – ledare, komponenter, alla platser där elektroner stöter på motstånd – närmare varandra.
Mer kapabla enheter förbrukar oundvikligen mer effekt, eftersom ju mer de gör – ju fler elektroner som rör sig – desto mer effekt går åt. Följaktligen genererar de också mer förlustvärme.
Hastighet inom elektronik är en fråga om att flytta fler datapaket under en given tid. Varje datapaket är enkelt uttryckt en knippe elektroner – och återigen, fler paket motsvarar fler elektroner, motsvarar mer värme.
Nettoeffekten är att termiska problem inte endast ökar i branschen; de eskalerar i en exponentiell takt!
För att tydliggöra problematiken kan vi tänka oss följande exempel:
Antag att vi har en högeffektapplikation som använder halvledarkomponenter som har en viss given volym och förlusteffekt. Antag sedan att vi byter ut komponenterna till ett effektivare halvledarmaterial, som tillåter oss att fördubbla verkningsgraden och kapa volymen till en femtedel.
Fråga: Hur mycket har vi därmed förändrat kylningsproblemet? (se svar i slutet på artikeln)
Förvisso kan tillkomsten av nya, effektivare halvledarmaterial med mindre elektriskt motstånd och bättre kunskap om effektiv design kunna motverka dessa trender, men historiskt varje höjning av designtaket som vunnits genom förbättrad verkningsgrad alltid tagits i anspråk för höjd prestanda. Den termiska baselinen har således oförändrat befunnit sig på en maxnivå.
Termisk design är därför en mycket viktig faktor för elektronikindustrin. Vår förmåga att leverera hårdvara och de prestandanivåer som våra respektive marknader kräver är helt beroende av vår förmåga att utforma termiska lösningar som kan leverera den verkningsgrad, kostnadseffektivitet och formfaktor som krävs.
Expertisen inom elektronikkylning träffas på Cool Sweden Workshops 2024
Den 7 maj samlas expertisen inom Thermal Management på Stockholmsmässan för en dag med workshops och föreläsningar inom det heta ämnet elektronikkylning. Som deltagare får du kunskap om den senaste tekniken inom Thermal Management och elektronikkylning. Du får möjlighet att diskutera med presentatörer, utställare, demopartners och övriga deltagare. Du träffar rätt människor, i rätt sammanhang.
Välkommen till Cool Sweden Workshops 2024!
Svar: Vi har väsentligen försvårat problemet eftersom vi flerfaldigat effektdensiteten. 1/2 av effekten i 1/5 av volymen ger 2,5 gånger effekten per volymenhet.