СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ ЧЕРЕЗ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЭЛЕКТРОДЫ
METHOD FOR COOLING SOLID-STATE HEAT-GENERATING ELECTRONIC COMPONENTS VIA BIMETAL THERMOELECTRIC ELECTRODES

Изобретение относится к способам охлаждения и теплоотвода, например к способам охлаждения компьютерного процессора.
Традиционные методы охлаждения тепловыделяющих компонентов радиоэлектронной аппаратуры сталкиваются с проблемой отвода тепловой энергии непосредственно от кристалла электронного компонента [1]. Таким образом, от нагретого перехода полупроводникового прибора через тепловые сопротивления кристалла, подложки, электродов переносимое тепло формирует градиенты температур, способные привести к тепловому пробою. Кроме того, часть тепла выделяется не только в p-n переходах, но и на границе контакта металлического электрода и полупроводникового материала за счет термоэлектрических явлений.
Задача, на решение которой направлено изобретение, - создание способа, обеспечивающего улучшение процесса охлаждения и теплоотвода электронных компонентов.
Решение поставленной задачи заключается в том, что для повышения эффективности процесса охлаждения тепловыделяющих компонентов радиоэлектронной аппаратуры целесообразно использовать биметаллические электроды, место спая которых находится в непосредственном контакте с тепловыделяющим кристаллом, причем при пропускании тока через этот спай от первого металлического электрода ко второму металлическому электроду можно сформировать охлаждение на локальном участке тепловыделяющего кристалла.
На фиг.1 представлена конструкция термоэлектрических электродов в электронном компоненте, реализующая заявленный способ.
Конструкция термоэлектрических электродов представляет собой биметаллические проводники 1 и 2, разделенные диэлектриком 3 и спаянные непосредственно над участком кристалла, предназначенным для охлаждения. При пропускании тока через этот спай от первого металлического электрода 1 ко второму металлическому электроду 2 можно сформировать охлаждение на локальном участке тепловыделяющего кристалла 4. Причем применение отдельного независимого источника питания постоянного тока позволяет сохранить все рабочие режимы радиоэлектронного компонента, уменьшив тепловые нагрузки в зоне контакта биметаллического электрода 1, 2 с тепловыделяющим кристаллом 4. Наибольшего эффекта можно добиться в цифровой технике на основе транзисторной логики, у которой коллекторы и эмиттеры соединены либо с шиной питания, либо с шиной земля. Это позволяет реализовать биметаллические электроды таким образом, что они будут сгруппированы вокруг двух независимых источников питания, каждый из которых соединен со своей шиной. Непосредственное охлаждение каждого кристалла транзистора через наиболее тепловыделяющие электроды (коллектор, эмиттер) позволяет отводить тепло изнутри кристалла через шины питания наружу. При высокой степени интеграции это позволит охлаждать компьютерные процессоры и другие сверхбольшие интегральные схемы не только через корпус, а через биметаллические электроды 1, 2, охлаждающие спаи которых отводят тепло непосредственно от кристаллов 4 через биметаллические электроды 1, 2 при помощи электронов внутрь двух независимых источников питания, для которых перегрев уже не является таким критичным за счет их больших габаритов.
Применение термоэлектрических электродов позволит значительно повысить степень интеграции сверхбольших интегральных схем за счет облегчения тепловых режимов.
Литература
1. Исмаилов Т.А. Термоэлектрические полупроводниковые устройства и интенсификаторы теплопередачи. - СПб.: Политехника, 2005.