Mikrocsatornás hűtőeszközök termikus karakterizációja
Az integrált áramköri technológia hajnala óta az egységnyi felületen létrehozható áramköri elemek száma exponenciálisan nő. Bár aktív eszközeink fogyasztása a technológia fejlődésével bizonyos mértékben csökken, ez a csökkenés nem kompenzálja az óriási funkció- és alkatrészsűrűségből adódó megnövekedett disszipációsűrűséget. Az integrált áramkörökben keletkező hő hatékony elszállítása komoly technológiai kihívást jelent, az erre irányuló kutatás és fejlesztés kulcsfontosságú szerepet játszik a számítási teljesítmény növelését célzó törekvések szempontjából.
A hatékony hűtési módszerekre vonatkozó kutatási eredmények alapján az egyik legígéretesebb megoldást a mikrocsatornás hűtőeszközök jelentik. A koncepció alapja, hogy a hűtőközeget a disszipáció forrásához közel, az integrált áramkör hordozójában kialakított, mikrométeres keresztmetszetű csatornákon áramoltatják át, így növelve a hőátadási felületet, ezáltal a hűtés hatékonyságát. Mivel ebben a mérettartományban a hűtőgáz vagy folyadék mennyisége rendkívül csekély, a hűtési hatásfok növelése a csatornamintázat, valamint az áramlási és anyagi paraméterek optimalizálásával lehetséges.
A hűtőeszköz hatékonyságát jellemző termikus ellenállás egyszerű esetekben analitikus módszerrel becsülhető, de összetett struktúrák esetén a csatornamintázat és az áramlási jellemzők optimalizációja a szükséges számítások összetettsége miatt csak numerikus módszerekkel lehetséges.
Munkám célja egy már elkészült mikrocsatornás hűtőeszköz fizikai modelljének elkészítése, továbbá termikus és áramlástani szimulációk elvégzése volt. A csatornamintázatot leíró geometriai modell elkészítésén túl kidolgoztam a struktúra véges térfogatok módszerével való szimulációjához szükséges hálót, amelynek egyaránt kiemelkedő szerepe van a szimulációs idő csökkentése és a kapott eredmények pontossága szempontjából. Az anyagparaméterek, az áramlási jellemzők és a gerjesztések beállítása után számos szimulációt végeztem, amelyek eredményei alapján meghatározhatóvá váltak a vizsgált struktúra hőtani tulajdonságai (termikus ellenállás, hőmérséklet-eloszlás, hőátadás, hőáram-eloszlás). Nagy hangsúlyt fektettem a kapott eredmények mérési adatokkal való összevetésére.
Az általam kidolgozott szimulációs modell és az annak szimulációjával nyert számszerű eredmények nagyban segítik a mikrocsatornákban lezajló hőátadási jelenségek megértését, valamint lehetővé teszik új, hatékonyabb csatornamintázat tervezését és optimalizációját.
szerző
-
Marák Károly
Villamosmérnöki szak, mesterképzés
mesterképzés (MA/MSc)
konzulensek
-
-
Dr. Bognár György
egyetemi docens, Elektronikus Eszközök Tanszék
