在杂志上发表的论文中能量，研究人员回顾了半导体设备中的各种冷却系统。该研究讨论了经典设备和集成电路的现代冷却系统的分类，包括上述系统的构建和操作原理。测量了不同因素对运行的组件效率对冷却功能的效率的影响，并提出并讨论了结果。
Study:Cooling Systems of Power Semiconductor Devices—A Review。Image Credit: ZinetroN/Shutterstock.com
背景
随着当代电子设备产生的功率的增加，冷却成为至关重要的问题。高热通量值使用金属散热器使传统的冷却方法不足。为了解决有效冷却的问题，还需要研究设备包装构造器和电子电路设计人员。
被动散热器的例子。图片来源：Górecki，K等人，能量
该领域的研究重点是选择在冷却系统和基于物理现象的仪器中使用的新材料，以增强所讨论的设备的冷却。亚博网站下载
用于冷却亚博网站下载电子设备的材料包括石墨烯，钻石和热解石墨以及金属和陶瓷复合材料等。现代溶液包括蒸气和液体室，液体冷却和热电模块。当代科学的进步导致了具有增强特性的材料。亚博网站下载亚博老虎机网登录因此，团队在寻找新材料和解决方案以改善电子设备中的热量耗散时观察到了趋势。亚博网站下载
常用的冷却系统
这篇评论表明，位于设备包装及其周围环境之间的所有组件构成其冷却系统，该系统在指定的最高温度下保持设备的温度。冷却系统分为主动和被动系统。主动系统需要外部能源供应才能运行，而被动系统则不需要。
The components of the cooling systems reviewed included passive heat sinks, which function by dispersing the heat in the sink material, commonly aluminum. Axial fans and blowers are active cooling systems that create an airflow to dissipate heat from one side to the other. Heat pipes are two-phase passive devices that are filled up with a cooling liquid, usually deionized water. The heat from the device vaporizes the liquid, which travels to the condenser section and cools down. The condensed liquid returns to the vapor section by gravitational and capillary action.
高传导金属板（HCMP）也可以与多种热源一起使用，并通过内部建造的热管在整个板表面上扩散热量，因此可用作装置外壳。蒸气室和热刺与加热管的运行类似，除了热门人缺乏灯芯结构。封装的导电板（ECP）包含退火的热解石墨，并用于高质量的电子设备。液体冷却系统通过冷却剂从组件中除去，而不会改变其总状态。本研究中审查的其他冷却系统包括沉浸冷却，相变材料（PCM）散热器，界面材料和热电模块。亚博网站下载
加热管运行的构建和原理。图片来源：Górecki，K等人，能量
Measuring Cooling Parameters
设计冷却系统需要计算有效散热器的计算工具。可以在诸如高级冷却技术（ACT），MyHeatSinks（MHS）和Celsia等网站上找到此类在线计算器。冷却参数的精确确定需要使用计算流体动力学（CFD）方法。使用这些工具，计算了选定参数对热管和空气冷却的活性散热器的影响。
据观察，热管的导热率取决于其直径在非单调的和极大的非线性功能中，并且通过4 mm和5 mm直径的热管实现了最佳的热导率。蒸发器位于热源上方，热管最有效。热电阻表现出降低管道直径的非线性功能。However, the thermal resistance of the heatsink decreased with the extension of the base of the heat sink, when aluminum was selected as the heat sink material.
Schematic representation of (A）counter-flow thermosiphon and (b）循环热节。图片来源：Górecki，K等人，能量
结论
总体而言，这篇评论表明，铝和点热管是最便宜的冷却解决方案，而封装的传导是最昂贵的。蒸气室在冷却元件中释放了最大功率密度。浸入冷却显示有效去除热量，但系统依赖性最少。最便宜的和低效率的冷却系统是气冷的鳍散热器。两相冷却系统，尽管昂贵是最有效的冷却系统，并具有易于扩展的额外优势。
因此，半导体设备中冷却组件的效率取决于设计，功率耗散，热管和散热器的尺寸以及散热器周围的气流速度。根据作者的说法，正在大量开发有关冷却系统的更多解决方案，并且以较高功率密度运行的系统设计的新设计很快就会实现有效的量。
来源
Górecki，K。；Posobkiewicz，K。功率半导体设备的冷却系统 - 评论。能量2022，，，，15，，，，4566。https://www.mdpi.com/1996-1073/15/13/4566
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