Современные подходы к разработке и созданию элементов систем тепловой защиты радиоэлектронных компонентов

Энергетика

УДК 532.685

СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К РАЗРАБОТКЕ И СОЗДАНИЮ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ

Д.А. Коновалов, И.Н. Лазаренко, И.Г. Дроздов, Д.П. Шматов

Работа посвящена обзору современных подходов к разработке и созданию элементов систем тепловой защиты радиоэлектронных компонентов. При охлаждении теплонапряженных поверхностей радиоэлектронной аппаратуры могут применяться активный и пассивный способы отвода тепла. Одним из эффективных конструктивных решений активных систем охлаждения является использование микроканальных элементов на основе нитевидных кристаллов кремния. Данная конструкция позволяет обеспечить эффективный теплосъем до 250 Вт/см2 с нагреваемой поверхности

Ключевые слова: микроканальные теплообменники, нитевидные кристаллы кремния

Современное развитие энергетики и электроники, интенсификация теплоэнергетических процессов связана с повышением силовых и тепловых нагрузок на конструктивные элементы энергетических установок. Для их безотказной работы используют системы тепловой защиты с развитой поверхностью теплообмена.

Одним из возможных способов снятия высоких удельных тепловых нагрузок и интенсификации теплопереноса при сложной конструкции или малой доступности поверхности является использование микро и наноканальных теплообменных элементов. Возможность создания таких материалов с заданными свойствами, а также высокая интенсивность теплообмена между матрицей и охладителем делает такие элементы в некоторых случаях просто незаменимыми.

Так, например, разработка современных элементов электронной аппаратуры связана с использованием больших мощностей при сравнительно малых объемах, это приводит к резкому увеличению плотности тепловых потоков свыше 100 Вт/см2, а следовательно, и количества рассеиваемой теплоты. Поэтому при разработке микроэлектронной аппаратуры огромное значение приобретает разработка методов надежного и эффективного отвода теплоты.

При охлаждении радиоэлектронной аппаратуры могут применяться различные схемы отвода тепла, среди которых можно выделить пассивную и активную схемы.

В работе [1] рассмотрено применение различных систем охлаждения для радиоэлектроники. Приведено сравнение, дана оценка их преимуществам и недостаткам. Показано, что жидкостные системы охлаждения являются самыми эффективными, но в тоже время и самыми

Коновалов Дмитрий Альбертович - ВГТУ, канд. техн. наук, ст. преподаватель, тел. (473) 277-27-55, e-mail: rd-vgtu@mail.ru

Лазаренко Игорь Николаевич - ВГТУ, аспирант, тел. (473) 277-27-55, e-mail: rd-vgtu@mail.ru Дроздов Игорь Геннадьевич - ВГТУ, д-р техн. наук, доцент, тел. (473) 277-27-55, e-mail: rd-vgtu@mail.ru Шматов Дмитрий Павлович - ВГТУ, канд. техн. наук, ст. преподаватель, тел. (473) 277-27-55

дорогими. При этом среди жидкостных систем наиболее эффективными являются пористые и микроканальные системы [2]. Данные выводы подтверждаются отечественными и зарубежными исследованиями [3].

Одним из активных способов охлаждения компонентов электронной аппаратуры является принудительное воздушное охлаждение. Поток «холодного» воздуха, создаваемый вентилятором, проходит через ребра радиатора, тем самым отводя теплоту от его поверхности. [4].

При таком способе радиатор с вентилятором совмещают в едином блоке (кулере), который устанавливается на охлаждаемое устройство [5, 6]

В работе [7] приведена конструкция кулера, в котором роль вентилятора выполняет вращающийся со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту радиатор. Рёбра радиатора выполняют функцию крыльчатки, которая создаёт движение воздуха. Разработчики предлагают использовать

газодинамический подшипник - между плоским алюминиевым основанием кулера и подошвой вращающегося радиатора поддерживается воздушный зазор не более 0,03 мм (рис. 1).

Рис. 1. Фотография кулера с постоянно вращающимся радиатором

Тепловое сопротивление этого

инновационного кулера равно 0,2 градуса на ватт, тогда как для кулеров традиционной компоновки этот показатель равен 0,6-0,8 градуса на ватт.

Наряду с традиционными, для интенсификации процесса теплоотдачи от поверхности радиатора к окружающей среде, применяются и новые способы охлаждения - например ионновоздушное [8].

Компанией Thorrn Micro Technologies удалось создать прототип охлаждающего устройства, которое имеет высокую производительность и не содержит механических подвижных частей [9]. Экспериментальный "твёрдотельный" ионный кулер RSD5, представленный на рис. 2, имеет размеры рабочей поверхности 15 х 15 мм.

Рис. 2. Фотография экспериментального ионного кулера RSD5

Ионный кулер представляет собой цилиндрическую решётку в нижней части и натянутые поверх неё оголённые провода. Поток свободных электронов в облаке ионной плазмы направляется к решётке и приводит в движение молекулы воздуха. Скорость воздушного потока, создаваемого устройством, достигает 2,4 м/с. При помощи такого кулера объёмом менее одного кубического сантиметра можно охлаждать микросхему, выделяющую 25 Вт тепла.

Автором в [10] предложена конструкция системы ионного охлаждения. Охлаждение поверхности обеспечивают микроскопические ионные насосы, которые состоят из двух элементов: коллектора и эмиттера. Эмиттер представляет собой иглу с радиусом на конце всего в 1 мкм, а коллектор - это пластина, размещенная в непосредственной близости от иглы. Между ними создается высокое напряжение, при этом сильное электрическое поле на конце иглы ионизирует воздух и ионы под действием того же поля с высокой скоростью устремляются к коллектору. Устройство имеет габариты сопоставимые с размером микросхемы.

В [11] проведено численное исследование процесса охлаждения при оригинальном способе создания нестационарных (с пульсирующим расходом) струй. Для создания пульсаций предлагается использовать миниатюрный электромагнитный соленоид, который создает пульсирующую воздушную струю, истекающую из отверстия с прикрепленной к нему пластины.

В последнее время в мире проводятся обширные целенаправленные работы по разработке и совершенствованию тепловых труб (ТТ). Большим преимуществом наличия множества ТТ является возможность теплосъема практически со всей охлаждаемой поверхности.

Конструктивное исполнение ТТ зависит от вида и типа конкретного охлаждаемого устройства

[12]. Пример современной компоновки кулера с тепловыми трубами показан на рис. 3.

Рис. 3. Радиатор с тепловыми трубками (CNPS12X фирмы Zalman) Одним из перспективных направлений является применение контурных тепловых труб (КТТ) [13 - 19].

Существенному увеличению эффективности (КТТ) способствует применение пористых элементов в их конструкции [20]. При испарении жидкости в пористой структуре, полученной спеканием медного порошка, явление тепловых микротрубок позволяет повысить коэффициент теплообмена в 8-10 раз по сравнению с кипением на гладких трубах в больших объемах.

В случаях, когда важны такие факторы, как компактность, малый вес, большая площадь поверхности и толщина, могут использоваться активные теплопроводы, которые аналогичны тепловым трубам по принципу действия. Например, активный теплопровод CL-1000 SERIES созданный компанией Advanced Energy Technology в сотрудничестве с Celsia Technologies (рис. 4) [21].

Рис. 4. Активный теплопровод CL-1000 SERIES

Конструктивно, CL-1000 SERIES состоит из тонкого медного корпуса, парового пространства и каналов для жидкости. Такая конструкция на 44 % легче, и в 10 - 15 раз превосходит по эффективной теплопроводности такую же, но выполненную из чистой меди.

Возможно применение и пульсирующих тепловых труб (рис. 5) [22].

Heal ilioughpul capacity = 4 SOW At я temperature difference ~ 40'C Air velocity ~ 3 m's Thermal resistance - 0.089 °C/W Tube outside diameter - 1.6 шш Tube inter nal diameier = 1.2 mm Number of capillar у turns = 500

Рис. 5. Теплообменник с пульсирующими тепловыми трубами

Так, представленная на рисунке конструкция, установленная на основании 80x80x2 мм, при скорости потока охлаждающего воздуха всего 3 м/с способна пропускать через себя тепловой поток мощностью 450 Вт при разности температуры на своих сторонах до 40 К.

В настоящее время также большое внимание уделяется исследованиям гидродинамики и тепломассопереноса в микро и наноканалах в связи с их высокой эффективностью. Анализ отечественных и зарубежных исследований показал интерес к исследованиям в данной области. Подходы к созданию и исследованию гидродинамики и теплообмена в микроканалах изложены в [23].

На рис. 6 [3] представлена конструкция мощной линейки лазерных диодов с водяным охлаждением. Диоды смонтированы на теплообменнике посредством сверхтонкого слоя припоя. Здесь охлаждающим устройством выступает микроканальный теплообменник. Слои этого теплообменника выполнены из тонких медных листов, протравленных химическим методом. Их создание аналогично технологии травления печатных плат. Как правило, внутренняя структура состоит из 8 - 10 слоев меди (толщиной 0,3 мм каждый), имеющих вид шестиугольника. Слои меди соединены между собой с помощью технологии прямой эвтектической связи ШВС).

Рис. 6. Конструкция системы охлаждения лазерного диода

Подробно технология DBC приведена в работах[24, 25].

В работе [26] описана практическая реализация однофазного кремниевого микроканального теплообменника, предназначенного для охлаждения высокомощных чипов. Несмотря на оптимизированную конструкцию ребер

теплообменника, величина термического сопротивления 10,5 0С/Вт от поверхности полупроводника до охлаждающей воды при перепаде давления жидкости менее 35 кПа. Более того, охлаждение экспериментального кристалла с микроканальным ТОА, размещенным в одном корпусе, было продемонстрировано для кристалла удельной мощности более чем 300 Вт/см2. По словам разработчиков, теплообменники данной конструкции могут охлаждать кристаллы со средней удельной мощностью 400 Вт/см2 и более.

Исследование [27] посвящено разработке конструкции мощных полупроводников приборов с принудительной жидкостной конвекцией.

Предложена технология двустороннего охлаждения электронных компонентов. Данная технология позволяет увеличивать мощность полупроводников и уменьшать термическое сопротивление между охладителем и нагреваемым элементом до 0,087 оС/Вт при расходе охладителя до 0,1 кг/с.

Авторами работы [28] предложен и испытан сотовый компактный теплообменник. Сотовая панель изготовлена из меди ее длина составляет 40 мм, ширина 20 мм, толщина 0.16 мм. Корпус теплообменника выполнен также из меди. Сотовые панели, уложенные внутри корпуса, формируют теплоотводящие каналы. Диаметр окружности, в которую вписана одна сота, равен 2,49 мм, толщина ее оболочки 0,2 мм. Соты имеют гексагональную форму, их получают фотохимическим методом травления. Панели находятся одна над другой и повернуты на 180 градусов, так чтобы перекрывалось пустое пространство внутри каждой соты стенками другой. Они соединены между собой с помощью лазерной сварки. В процессе, проведения эксперимента было выяснено, что сотовая система охлаждения с 1 см2 своей площади может удалять тепловой поток равный 18,2 Вт.

Для охлаждения центральных процессоров компьютеров и видеокарт могут применяться водоблоки, изготовленные на основе микроканальной технологии охлаждения [29, 30]. Ватерблок Коо1апсе СРи-360, изображенный на рис. 7, выполнен по микроканальной технологии. Ширина каналов в основании ватерблока Коо1апсе СРи-360 составляет 0,3 мм, а ширина ребер между 0,25 мм, толщина основания: 2 мм. Микроканалы для водоблоков получают методом фрезерования, пропилы в основании делаются тонкой фрезой.

k*o.o iânc.e CPiJ-360 Microfin Cold Plate

Рис. 7. Микроканальные области водоблока Koolance CPU-360

Так же возможно применение систем охлаждения на основе жидких металлов [31]. Отвод тепла осуществляется по принципу прокачки жидкого сплава металла галлия через серию трубок. В итоге температура жидкости понижается до нормального уровня внутри за счет окружающего воздуха. Температура кипения металла составляет 200 C, что значительно может увеличить теплосъем. Прокачка осуществляется

электромагнитными помпами. Такая система

охлаждения сможет отводить до 100 Вт энергии с 1см2.

Можно отметить новые необычные системы охлаждения. Например, система охлаждения, основывающаяся на распылении хладагента на нагретую поверхность [32, 33], приведенная на рис.8.

[ Base Plate J

Processor

Рис. 8. Схема конструкции охлаждения, основывающаяся на распылении хладагента

Для обеспечения охлаждения непроводящий и некоррозийный хладагент подается в систему, далее по медным трубкам поступает в блоки распыла. В блоках он дробится и распыляется через специальные микросопла на опорную прижимную планку, которая находится в непосредственном контакте с процессором и нагревается от него при работе. Хладагент, попадая на горячую поверхность, испаряется, тем самым уменьшая температуру процессора и охлаждая его. Пар отводится в теплообменник и конденсируется в нем, затем хладагент снова подается в блоки распыла, распыляется на горячую поверхность и процесс повторяется. Контур системы охлаждения является замкнутым. Данная система сможет удалять с 1 см2 нагретого процессора тепловой поток свыше 100 Вт.

Следует отметить, что на процесс теплопереноса оказывает непосредственное влияние не только конвективная составляющая, но и теплофизические свойства непосредственно теплоотводящего элемента, а также термическое сопротивление между «горячей» поверхностью и охладителем. Так, например, при величине коэффициента внутрипорового теплообмена равным hv = 1,63-109...1.63-1011 Вт/(м3К), эффективный коэффициент теплопроводности медной матрицы составит 160 Вт/(м К), а коэффициент удельного термического сопротивления между основанием теплообменника и теплообменным элементом пористой матрицы лежит в диапазоне от 0,032 до 0,080 К см2/Вт, что в целом сводит на «нет» эффективность пористого и микроканального охлаждения.

Ученые из IBM представили мощную и эффективную технологию жидкостного охлаждения 3Б-микросхем. Они продемонстрировали прототипы и рабочие образцы, в которые интегрирована система охлаждения, использующая подачу воды непосредственно между слоями [34, 35], по сути, реализовав микроканальную систему охлаждения. В ходе работы были преодолены

ключевые технические проблемы в проектировании системы, которая максимизирует приток воды через слои с герметично запечатанными соединительными проводами, и предотвращает короткие замыкания, вызываемые водой. Изготовление отдельных слоев проходило с использованием существующих 3Б-методов упаковки микросхем.

В работе [36, 37] приведена конструкция охлаждения многоядерного процессора (рис. 9-10).

h

cm» loteiv

M mm

FIHÜ! №

JBSi Im UlH3Ï

Рис. 9. Фотография 3D-чипа с охлаждающими каналами под микроскопом

На протяжении всего времени работы системы температура 3Б-архитектуры оставалась ниже 90°C, что обеспечивало работу без повреждения микросхем. Тепловые потоки рассеиваемые хладагентом равны 100 - 150 Вт/см2. Температура хладагента на входе составила примерно от 30 до 40°C. В системе охлаждения предполагается использовать два вида охладителя: чистый однофазный охладитель на водной основе или двухфазный испаряющийся хладагент. Размер чипа 15 х 15 мм.

В работах [38, 39, 40] была разработана и оптимизирована система охлаждения и распределения охладителя по теплонапряженной поверхности. Основой этой системы является охлаждаемая подложка с равномерным распределением подачи охладителя. В подложке расположены 50000 микросопел, шаг между ними составляет всего 100 мкм. С использованием иерархической концепции перепад давления был снижен до 0,1 бар при расходе 2,5 л/мин на площади чипа в 4 см2. Выявлены основные схемы потока, которые воздействуют на коэффициент теплопередачи: режим удара, режим отсечения (pinch-off), режим отделения и режим перехода.

В работе [10, 41] приведена конструкция радиатора с микроканальной структурой, работающая по принципу прямого омывания ядра, показанная на рис. 10.

—• Electrical cnntads

Рис. 12. Пример микроканальной системы охлаждения созданной в научно-исследовательской лаборатории IBM

tO mterona

1« ткпхш

Рис. 10. Изображение схемы 3Б-чипа, с охлаждающими каналами

Рис. 11. Схема распределения охладителя в системе охлаждения

Система из 50000 микроканалов пронизывает миниатюрный радиатор, который монтируется непосредственно на ядро. Между подошвой радиатора и поверхностью ядра создается небольшой зазор, который в рабочем состоянии заполняется водой, а от протечек систему защищает специальное уплотнение. Размеры позволяют интегрировать микроканальную систему прямо на теплораспределитель процессора. Такая система охлаждения, по заявлениям авторов, сможет отводить до 370 Вт с одного квадратного сантиметра площади процессора.

В работе [35] предложена конструкция охлаждения 3Б чипа (рис. 12). Подвод и отвод теплоносителя осуществляется с помощью нанотрубок.

В работе [42] приведена конструкция системы охлаждения, встроенная непосредственно в микросхему (рис. 13).

Heal 1 ravels as her) distance into lltelluid belore being carried away

Pumped fluid

Heal travels a stotl distance Nmihe tiotspftl Id the micntfianifiels

Рис.13. Общий вид системы охлаждения с радиатором MicroChannel Heat Collector

По конструкции новая система охлаждения напоминает традиционную жидкостную. Жидкостный радиатор, называемый MicroChannel Heat Collector, встраивается в кристалл кремния микросхемы (процессора). Внутри радиатор имеет микроканальную структуру с шириной отдельного канала от 20 до 100 мкм. Согласно исследованию, микроканальная структура, внедренная в кремний, позволяет отводить 1000 Вт тепла с 1 см2 поверхности кремния, что пока не подтверждено экспериментальными данными. Эффективность теплоотвода в микроканальной структуре реализуется благодаря отсутствию термического сопротивления между охладителем и нагретой поверхностью, а также малому размеру микроканала. В результате чего достигается очень высокий коэффициент теплопередачи

микроканальной структуры, непосредственно зависящий от ширины самого канала. С целью энергосбережения и снижения уровня шума при работе для перекачки теплоносителя была использована электрокинетическая помпа. Второй особенностью системы охлаждения является сама помпа.

Авторами работы [43] создан опытный образец микроканальной системы охлаждения на основе углеродных нанотрубок, смонтированной прямо на чипе. Конструкция нанотрубок изображена на рис. 14. Толщина всей системы, включая сам испытательный чип, составляет приблизительно 1,5 мм.

Рис. 14. Процесс соединения чипа с основанием с углеродными ребрами: а - испытательный чип с интегрированными нагревательными элементами и датчиками температуры; Ь - углеродные ребра, выращенные на кремниевом основании (высота ~250 мкм,

шаг ~ 100 мкм); с - фотография под микроскопом образования нанотрубок в ребрах; d - чип, соединенный с

основанием с углеродными ребрами; е - основание с углеродными ребрами, установленное на испытательном чипе

При тепловом потоке свыше 100 Вт /см2, чип был охлажден со 138 до 98 °С при скорости воды равной 0,323 м/с.

Одним из эффективных конструктивных решений является использование микроканальных элементов на основе нитевидных кристаллов кремния.

Перспективы применения нитевидных кристаллов кремния в качестве материаловедческой базы будущих наноэлектронных устройств в последнее время привлекают широкое внимание исследователей к процессам их управляемого роста [44, 45].

Применение данной технологии позволяет снизить до нуля и даже исключить термическое сопротивление между тепловыделяющими элементами и подложкой, на которой они выращены, а также снизить габаритно-массовые характеристики систем охлаждения

[3, 34, 46, 47, 48].

Авторами был разработан и создан компактный теплообменный аппарат с теплоотводящими элементами в виде матрицы нитевидных кристаллов кремния (рис. 15), которые выращены на подложке полупроводника и образуют развитую поверхность теплообмена с системой коллекторов и проницаемых перегородок [46, 47, 49]. Он изображен на рис. 16.

Охладитель подается через штуцер подвода 1, проходит через область матрицы нитевидных кристаллов кремния, нагревается от них, охлаждая теплонапряженный элемент, на котором установлен теплообменник, и отводится через штуцер отвода 2. Было предложено 2 вида матрицы нитевидных

кристаллов кремния. На рис. 17, 18 показана схема и направление течения охладителя через эти матрицы, а также геометрические размеры областей течения, которые соответствуют размерам самих матриц [46].

Рис. 15. Фото кристалла кремния с выращенными теплоотводящими элементами

Рис. 16. Общий вид теплообменника с теплоотводящими элементами в виде матрицы нитевидных кристаллов кремния

Вход охладителя

Выход охладителя

Рис. 17. Схема течения охладителя через матрицу кристаллов кремния с зигзагообразным расположением теплоотводящих элементов

Вход охладителя

Выход охладителя

Рис. 18. Схема течения охладителя через матрицу кристаллов кремния со сплошным расположением теплоотводящих элементов

Полупроводник в процессе работы выделяет тепловую энергию и передает выделенную тепловую энергию шипам, расположенным на его поверхности. В таком варианте элементы охлаждения образуют монолитную конструкцию вместе с тепловыделяющим элементом, при этом исключается термическое сопротивление, которое присутствует в варианте при их раздельном исполнении. Данная конструкция позволяет обеспечить эффективный теплосъем до 250 Вт/см2 с нагреваемой поверхности.

В ходе проведенных исследований были определены подходы к созданию и разработке элементов охлаждения электронной аппаратуры, представляющие собой теплообменники, интегрированные в элемент тепловыделения [49].

Литература

1. Андрей Колпаков. Охлаждение в системах высокой мощности [Текст] / Колпаков Андрей // Силовая Электроника. - 2010. - № 3. - С. 62 - 66.

2. Дроздов И.Г. Определение перспективных направлений создания гибридных теплообменников для систем охлаждения электронной аппаратуры и оценка эффективности их работы [Текст] / И.Г. Дроздов, Д.А. Коновалов, Д.П. Шматов, Н.Н. Кожухов, С.В. Дахин // Труды Пятой Российской национальной конференции по теплообмену. Т.8. Молодежная секция. - М.: Издательский дом МЭИ, 2010. - С. 151-154.

3. Щульц-Хардер Д-р Юрген. В поисках идеального решения: жидкостное охлаждение в современных компактных корпусах высокой мощности [Текст] / Д-р Юрген Щульц-Хардер, С. Валев // Силовая электроника, 2005. -№3 - С. 92-95.

4. Gary Bocock. Некоторые аспекты принудительного воздушного охлаждения источников питания / Bocock Gary // Силовая Электроника. - 2010. -№ 5. - С. 80 - 81.

5. Вихарев Л. Как нужно работать, чтобы не сгореть на работе, или Кратко о методах и средствах охлаждения РЭА (начало) / Л. Вихарев // Силовая электроника, 2005. -№4. - С. 54-59.

6. Новости про системы охлаждения. Xigmatek выпускает кулер Apache III. - Электрон. дан. - Режим доступа:

http://nvworld.ru/news/tags/системьIo/o20охлаждения/page2/.

7. Разработан кулер с постоянно вращающимся радиатором. - Электрон. дан. -Режимдоступа: http://www.overclockers.ru/hardnews/42652/ Razrabotan kuler s postoyanno vraschajuschimsya radiator om.html.

8. Охлаждение компьютеров улучшено на 250%. -Электрон. дан. - Режим доступа: http://gizmod.ru/2007/08/17/oxlazhdenie kompjuterov uluchs heno na 250.

9. Ионный ветер поможет охлаждать микросхемы. -Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.overclockers.ru/hardnews/28628/Ionnyj veter po mozhet ohlazhdat mikroshemy.html.

10. Николай Жогов. Глобальное потепление. Настоящее и будущее систем охлаждения. - Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.igromania.ru/articles/54881/Globalnoe poteplenie

Nastoyashee i budushee sistem ohlazhdeniya.htm.

11. К.В. Беляев. Численное исследование теплообмена при взаимодействии плоской пульсирующей струи с изотермической пластиной [Текст] / К.В. Беляев,

Д.А. Никулин, М.Х. Стрелец, A.S. Dvinsky // Труды Третьей Российской национальной конференции по теплообмену. - М.: Издательский дом МЭИ. - 2002. - Т.2.

- С. 56-59.

12. Эффективное охлаждение процессора от Zalman.

- Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.xard.ru/post/21529/.

13. Пат. на изобретение № 2332818 Российская Федерация. Охлаждающее устройство для элементов электроники / Пастухов В.Г., Майданик Ю.Ф., Кожин В.А.

- № 2007104012/09; Бюл. № 24.

14. Майданик Ю.Ф. Система охлаждения компьютерного сервера на основе контурных тепловых труб [Текст] / Ю.Ф. Майданик, С.В. Вершинин, Пастухов

B.Г. // Тепловые процессы в технике, 2010 - Т. 2. - № 2. -

C. 67 - 74.

15. Пастухов В. Г. Медь-водяные контурные тепловые трубы для систем охлаждения персональных компьютеров [Текст] / В.Г. Пастухов, Ю.Ф. Майданик // Тепловые процессы в технике. - 2010 - Т. 2. - № 6. - С. 279 - 286.

16. Чернышева. М.А. Теплообменные процессы в щелевом конденсаторе медь-водяной контурной тепловой трубы [Текст] / М.А. Чернышева, Э.Ф. Бартули, Ю.Ф. Майданик // Тепловые процессы в технике. - 2010 - Т. 2. -№ 8. - С. 354 - 363.

17. Дмитрин В. И. Разработка и исследование компактного охладителя на основе осциллирующей тепловой трубы [Текст] / В.И. Дмитрии, Ю.Ф. Майданик,

B.Г. Пастухов // Теплофизика высоких температур. - 2010.

- Т. 48. - № 4. - С. 592 - 599.

18. Басов А.А. Радиаторы на тепловых трубах в системах терморегулирования пилотируемых космических аппаратов [Текст] / А.А. Басов, Ю.М. Прохоров, О.В. Сургучев // Известия академии наук. Энергетика - 2011 - № 3. - С. 37 - 41.

19. Бартули Э.Ф. Исследование конденсации воды в плоскощелевом конденсаторе контурной тепловой трубы [Текст] / Э.Ф. Бартули // Труды XIX школы семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева. Проблемы газодинамики и теплоомассобмена в энергетических установках. - М.: Издательский дом МЭИ. - 2013. - С. - 196 - 199.

20. Васильев Л.Л. Теплообмен при фазовых переходах жидкости в мини-каналах с пористым покрытием теплонагруженной стенки [Текст] / Л. Л. Васильев, А. С. Журавлёв, А.В. Шаповалов // Труды Четвертой Российской национальной конференции по теплообмену. - М.: Издательский дом МЭИ, 2006. - Т. 1. -

C. 160-163.

21. Активные теплопроводы AET CL-1000 SERIES. -Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.ixbt.com/news/all/index.shtml708/75/27

22. Ященко А. Технология охлаждения процессоров / А. Ященко. - Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.3dnews.ru/cooling/ohlazhdenie.

23. Дзюбенко Б.В. Интенсификация тепло- и массообмена на макро-, микро- и наномасштабах / Б. В. Дзюбенко, Ю. А. Кузма-Кичта, А. И. Леонтьев, И. И. Федик, Л.П. Холпанов - Монография. - М.: ФГУП «ЦНИИАТОМИНФОРМ». 2008. - 532 с.

24. Д-р Щульц-Хардер Юрген. Медно-керамические подложки DBC: новые возможности, перспективы и проблемы создания нового поколения изделий силовой электроники [Текст] / Юрген Щульц-Хардер, д-р, Валев С. // Компоненты и технологии. - 2005, - № 3. - С. 72-75.

25. Direct Cooling of Power Modules Using Microchannel Structures. - Электрон.дан. - Режим доступа:

http://powerelectronics.com/thermal-management/direct-cooling-power-modules-using-microchannel-structures

26. Colgan E.G. A practical implementation of silicon microchannel coolers for high power chips / E.G. Colgan, B. Furman, M. Gaynes and etc. // Components and Packaging Technologies. 2007. - V. 30. - P. 218-225.

27. Bryan C.C. Double-sided liquid cooling for power semiconductor devices using embedded power technology: thes. Master of science / Charles Charboneau Bryan // Virginia Polytechnic Institute and State University. 2005. - 85 p.

28. Yonglu Liu. Experimental research on a honeycomb microchannel cooling system / Yonglu Liu, Xiaobing Luo, Wei Liu // Transactions on components, packaging and manufacturing technology, 2011. - Vol. 1. - №. 9. - Р. 1378 -1986.

29. Koolance CPU-360 — новый процессорный водоблок. - Электрон.дан. - Режим доступа: http://www.watercooling-pc.ru/novosti/koolance-cpu-360-noviy-processorniy-vodoblok.

30. Водяное охлаждение компьютера: Koolance VID-NX480 и Koolance VID-NX470. - Электрон.дан. - Режим доступа: http://www.watercooling-pc.ru/novosti/koolance-vid-nx480-i-koolance-vid-nx470.

31. Новые технологии: Охлаждение. - Электрон.дан. - Режим доступа: http://www.ci.ru/inform10 05/p 20.htm.

32. Spray Cooling with Isothermal Systems Research -Электрон.дан. - Режимдоступа: http://www.frostytech.com/articleview.cfm?articleid=2424&p age=11.

33. Water Cooling of Power Modules. Spraycooling, jetcooling. - Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.powerguru.org/water-cooling-of-power-modules/.

34. IBM cools 3-D chips with H2O. Water cooling advance paves way for high-performance 3-D chip stacks. -Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.zurich.ibm.com/news/08/3D cooling.html.

35. Производство 3D чипов позволит действовать закону Мура до 2020 года. Изготовление микросхем снова холодными. Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.zurich.ibm.com/news/10/moore.html.

36. 3D Stacked Architectures with Interlayer Cooling (CMOSAIC). - Электрон.дан. - Режим доступа: http://esl.epfl.ch/page-42448-en.html.

37. CMOSAIC project with ETH Zurichand EPFL -Электрон. дан. - Режим доступа: http://nanotechnologytoday.blogspot.ru/2010/11/cmosaic-project-with-eth-zurich-and.html.

38. Single-phase, miniaturized convective cooling. -Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.zurich.ibm.com/st/cooling/convective.html.

39. IBM обещает миру суперкомпьютер в кубике сахара. - Электрон.дан. - Режим доступа: http://www.membrana.ru/particle/3415.

40. IBM Tests Heating Homes With Data-Center Waste Heat. - Электрон. дан. - Режим доступа: http://spectrum.ieee.org/computing/hardware/ibm-tests-heating-homes-with-datacenter-waste-heat.

41. IBM представляет технологию прямого охлаждения процессора водой - Электрон. дан. - Режим доступа:

http://www.overclockers.ru/hardnews/23746/IBM predstavlya et tehnologiju pryamogo ohlazhdeniya processora vodoj.ht ml.

42. Системы жидкостного охлаждения для экстремалов: Будущее систем охлаждения. - Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.compress.ru/article.aspx?id=11092&iid=422.

43. Fu Yifeng. A complete carbon-nanotube-based on-chip cooling solution with very high heat dissipation capacity / Yifeng Fu, NabiNabiollahi, Teng Wang, Shun Wang, Zhili Hu, BjornCarlberg, Yan Zhang, Xiaojing Wang, Johan Liu // Nanotechnology. 2012. -Vol. 23.- Num. 4.

44. Thelander С, Agarwal P., Brongersma S., Eymery J., Feiner L.F., Forchel A., Schemer M., Riess W., Ohlsson B. J., Gosele U., and Samuelson L. Nanowire-based one-dimensional electronics // Materials Today. 2006. V. 9. P. 2835.

45. Свойства электрических контактов к нитевидным нанокристаллам [Текст] / Д.Б. Суятин, X. Петерсон, И. Максимов, Е.С. Солдатов, Л. Самуэлсон // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2007. - Т. 3. -№11.- С. 67 - 70.

46. Моделирование процессов гидродинамики течения охладителя в наноструктурах на основе нитевидных кристаллов кремния [Текст] / Д. А. Коновалов, И. Г. Дроздов, И. Н. Лазаренко, Д. П. Шматов // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2013. - Т. 9. - №. 3. - С. 30 - 37.

47. Шматов Д. П. Об одном подходе к созданию модели интегрированного теплообменника [Текст] / Д.П. Шматов, И. Г. Дроздов, Д. А. Коновалов, С. В. Дахин, Н. Н. Кожухов // Тепловые процессы в технике - 2012. - Т. 4. -№ 5. - С. 205 - 208.

48. Коновалов, Д.А. Численное моделирование гидродинамики течения охладителя в пористых элементах с вогнутой теплонапряженной поверхностью [Текст] / Д. А. Коновалов, H.H. Кожухов, И. Г. Дроздов // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2007. - Т. 3. - № 6. - С. 5 - 10.

49. Пат. на изобретение № 2440641 Российская Федерация. Устройство отвода теплоты от кристалла полупроводниковой микросхемы / Савинков А.Ю., Дроздов И. Г., Шматов Д. П., Дахин С. В., Коновалов Д. А., Кожухов Н.Н., Небольсин В.А. - № 2010146036/28; от 10.11.2010 г., Бюл. № 2.

Воронежский государственный технический университет

THE MODERN APPROACH TO DEVELOPMENT AND CREATION OF THE ELEMENTS THERMAL PROTECTION ELECTRONIC COMPONENTS

D.A. Konovalov, I.N. Lazarenko, I.G. Drozdov, D.P. Shmatov

The work is devoted to a review of modern approaches to the design and creation elements of a thermal protection electronic components. Active and passive methods of heat dissipation can be used for cooling, heat-stressed surfaces of electronics equipment. The use of microchannel elements based on threadlike crystals of silicon is one of the effective design solutions active cooling systems. This design allows for efficient heat removal up to 250 W/cm2 with the heated surface

Key words: мicrochannel heat exchangers, threadlike crystals of silicon