СПОСОБ ОТВОДА ТЕПЛА ОТ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЛАЗЕРОВ
METHOD OF HEAT REMOVAL FROM HEAT DISSIPATING ELECTRONIC COMPONENTS ON BASIS OF USE OF SEMICONDUCTOR LASERS

Изобретение относится к способам охлаждения и теплоотвода, например к способам охлаждения компонентов компьютерной техники.
Известен способ отвода тепла от тепловыделяющих электронных компонентов в виде излучения [1], в котором используются светодиодные излучатели, предназначенные для преобразования тепловой энергии, поступившей с холодных спаев термомодуля в виде электрического тока, в энергию излучения.
Цель изобретения - улучшение процесса охлаждения и теплоотвода тепловыделяющих электронных компонентов.
Для достижения поставленной цели разработано термоэлектрическое устройство, состоящее из термомодуля, горячие спаи которого представляют собой матрицу полупроводниковых лазеров, предназначенную для преобразования тепловой энергии, поступившей с холодных спаев в виде электрического тока, в энергию электромагнитного излучения оптического диапазона (лазерного излучения), отводящую тепло от охлаждаемого устройства в окружающую среду. Такой способ имеет преимущества перед обычными излучающими светодиодными модулями в том, что можно получить более низкую температуру на холодном спае за счет высокой интенсивности лазерного излучения. При максимальной яркости лазерного излучения нагрев превалирует над охлаждением обусловленным эффектом Пельтье. Однако при оптимальном значении тока (индивидуального для каждого типа лазера) процесс охлаждения преобладает над нагревом и обеспечивает преобразование избыточной энергии, поступающей извне в электромагнитное излучение.
На фиг. 1 представлена структурная схема способа отвода тепла от тепловыделяющих электронных компонентов на основе применения матрицы полупроводниковых лазеров.
Матрица полупроводниковых лазеров реализована на основе полупроводниковых ветвей p-типа и n-типа, где 1 - металл, 2 - диоксид кремния, 3 - сильнолегированный арсенид галлия (p-типа), 4 - легированный арсенид галлия-алюминия (р-типа), 5 - арсенид галлия, 6 - легированный арсенид галлия-алюминия (n-типа), 7 - сильнолегированный арсенид галлия (n-типа), 8 - металл, 9 - теплоотводящая подложка.
Полупроводниковые лазеры путем последовательного соединения сформированы в матрицу. Верхняя и нижняя поверхности этой матрицы - охлаждающие, а боковые стороны - отводят энергию от охлаждаемого компонента электронной техники в виде лазерного излучения.
При последовательном пропускании тока лазерные диоды будут формировать электромагнитное излучение оптического диапазона, а не нагрев, как в обычном термомодуле, причем на верхней и нижней поверхности будет происходить поглощение тепловой энергии в соответствии с эффектом Пельтье.
В зависимости от мощности тепловыделений охлаждаемого объекта для формирования матрицы могут быть выбраны полупроводниковые лазеры различной мощности, обеспечивающие адекватный уровень охлаждения. Допустимо использовать импульсный источник питания для обеспечения необходимой мощности лазерного излучения при энергосберегающем режиме работы.
Использование представленного способа отвода тепла позволит значительно повысить эффективность теплопередачи и уменьшить габариты теплоотвода, а также значительно увеличить интенсивность работы систем охлаждения.
Возможность повышения теплопередачи путем использования лазерного излучения имеет перспективу применения для дискретных источников тепловыделения, например мощных сверхбольших интегральных схем, микропроцессоров, микросборок.
Литература
1. Способ отвода тепла от тепловыделяющих электронных компонентов в виде излучения: патент 2405230 РФ, МПК G06F 1/20 / Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М., Нежведилов Т.Д., Челушкина Т.А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет». - №2009120686/09; заявл. 01.06.2009, опубл. 27.11.2010, Бюл. №33.