Công nghệ làm lạnh bán dẫn

Với sự theo đuổi không ngừng về sức mạnh tính toán của con người, ngày càng nhiều bóng bán dẫn được đưa vào chip điện toán. Mật độ của mỗi đơn vị tính toán ngày càng tăng. Đồng thời, tần số cao hơn cũng mang lại điện áp làm việc và tiêu thụ điện năng cao hơn cho chip. Có thể dự đoán rằng trong vài năm tới, chúng ta sẽ tiếp tục theo đuổi để cải thiện hiệu suất tính toán của chip, điều đó cũng có nghĩa là chúng ta cũng cần liên tục giải quyết vấn đề tản nhiệt của nhiệt độ chip.

Công nghệ làm lạnh bán dẫn dựa trên nguyên lý hiệu ứng nhiệt điện là một phương pháp làm lạnh mới, có khả năng điều khiển cao, sử dụng đơn giản và giá thành rẻ. Nó đã dần được sử dụng trong lĩnh vực tản nhiệt.

Hiệu ứng nhiệt điện là sự biến đổi trực tiếp điện áp tạo ra do chênh lệch nhiệt độ và ngược lại. Nói một cách đơn giản là một thiết bị nhiệt điện, khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai đầu của chúng thì nó sẽ sinh ra một hiệu điện thế, và khi đặt một hiệu điện thế vào nó thì nó cũng sinh ra sự chênh lệch nhiệt độ. Hiệu ứng này có thể được sử dụng để tạo ra năng lượng điện, đo nhiệt độ và làm mát hoặc làm nóng các vật thể. Vì hướng sưởi ấm hoặc làm mát phụ thuộc vào điện áp đặt vào, các thiết bị nhiệt điện giúp kiểm soát nhiệt độ rất dễ dàng.

So với làm mát bằng không khí và làm mát bằng chất lỏng truyền thống, làm mát bằng chip làm lạnh bán dẫn có những ưu điểm sau: 1 Có thể giảm nhiệt độ xuống dưới nhiệt độ phòng;

2. Kiểm soát nhiệt độ chính xác (sử dụng mạch điều khiển nhiệt độ vòng kín, độ chính xác có thể đạt ± 0. 1 độ);

3. Độ tin cậy cao (linh kiện điện lạnh là thiết bị rắn không có bộ phận chuyển động, có tuổi thọ hơn 200000 giờ và tỷ lệ hỏng hóc thấp);

4. Không có tiếng ồn làm việc.

Thử thách làm mát TE:

1. Hiện tại, hệ số lạnh của chất bán dẫn nhỏ, và năng lượng tiêu thụ trong quá trình lạnh lớn hơn nhiều so với năng suất lạnh. Tỷ lệ tiêu thụ năng lượng của bộ tản nhiệt Tec quá thấp, và bộ tản nhiệt Tec không thể trở thành giải pháp làm mát chủ đạo trong giai đoạn này.

2. Khi cánh làm lạnh TEC đang hoạt động, nó cần tản nhiệt hiệu quả ở đầu nóng trong khi làm mát ở đầu lạnh. Điều đó có nghĩa là, nếu thiết bị làm lạnh TEC muốn làm lạnh công suất cao và xuất ra CPU để tản nhiệt thì nó cũng cần được tản nhiệt liên tục, dẫn đến việc tec công suất cao không thể hoạt động độc lập.

3. Hơi ẩm trong không khí dễ tạo thành hơi nước ngưng tụ ở những phần dưới nhiệt độ phòng trước môi trường chênh lệch nhiệt độ lớn do tec chế tạo. Cần thiết kế một môi trường niêm phong nhất định xung quanh bộ vi xử lý để tránh nguy cơ ngưng tụ hơi nước và làm hỏng các thành phần của bo mạch chính.

Với sự cải tiến của quy trình, mật độ bóng bán dẫn tăng lên và diện tích khuôn gói của lõi CPU ngày càng nhỏ hơn. Theo nguyên lý nhiệt động lực học, khi diện tích dẫn nhiệt nhỏ hơn thì cần có sự chênh lệch nhiệt độ lớn hơn để duy trì hiệu suất dẫn nhiệt. Hình thức tản nhiệt truyền thống với sự chênh lệch nhiệt độ nhỏ hơn không thể giải quyết vấn đề này. Ngay cả khi mức tiêu thụ điện năng của CPU không cao, nó vẫn sẽ tích tụ nhiệt nghiêm trọng, dẫn đến giới hạn tần số quá thấp. Tec tự nhiên có thuộc tính chênh lệch nhiệt độ lớn (nhiệt độ ở đầu hấp thụ nhiệt có thể dễ dàng đạt đến - 20 độ), đây có thể là giải pháp tốt nhất để giải quyết vấn đề diện tích nhỏ và dẫn nhiệt cao.