Субмиллиметровая тепловая революция: пьезоэлектрические микронасосы и микровентиляторы выводят активное охлаждение на уровень сверхтонких устройств.

1. Введение
2. Тенденции рынка и тепловые узкие места
3.Глубокое погружение 1
4.Глубокое погружение два
5. Системная синергия
6. Сценарии применения и перспективы на будущее

Введение: Тепловая дилемма эпохи искусственного интеллекта и ультратонких устройств
С развитием искусственного интеллекта в устройствах меняется и подход к разработке электронных устройств. Появляются персональные компьютеры и телефоны, использующие ИИ, а также гарнитуры дополненной и виртуальной реальности, требующие значительно большей вычислительной мощности, чем раньше. В то же время потребители ожидают, что устройства станут меньше, легче и тише. Эти цели противоречат друг другу, и теперь это настоящая проблема для разработчиков аппаратного обеспечения.
Традиционные методы пассивного охлаждения, такие как графитовые листы и испарительные камеры, способны лишь передавать тепло. При высоких нагрузках их способность отводить тепло снижается. Это часто приводит к термическому дросселированию, когда чип вынужден замедлять работу, чтобы предотвратить перегрев. Традиционные механические вентиляторы также представляют проблему. Они слишком большие, слишком шумные и просто не помещаются в миллиметровые размеры современных устройств.
В настоящее время отрасль переходит на новый этап развития технологий охлаждения. Речь идёт об активном охлаждении с размером элементов менее миллиметра и даже меньше. В основе этого сдвига лежит пьезоэлектрическое управление — технология, которая помогает инженерам преодолевать физические ограничения, препятствовавшие созданию более тонких и мощных устройств на протяжении многих лет.

Тенденции рынка и узкие места в тепловой инфраструктуре
Цифры, подтверждающие эту тенденцию, очевидны. Потребляемая мощность флагманских чипов выросла с примерно 5-7 ватт до 10-15 ватт и более всего за несколько поколений. Эта дополнительная мощность распределяется неравномерно. Она создает небольшие, интенсивные горячие точки на поверхности чипа, и с этими горячими точками становится все труднее справляться при использовании старых методов охлаждения.
Поисковые запросы и данные рынка показывают, что OEM- и ODM-компании активно ищут новые решения. К распространенным поисковым запросам относятся: активное охлаждение менее 1 мм, пьезоэлектрический микронасос для мобильных устройств и микрофлюидная термомембрана. Это говорит о том, что инженеры больше не просто стремятся снизить среднюю температуру чипа. Им нужны устройства, способные поддерживать пиковую производительность в течение более длительного времени, в меньшем пространстве и без ущерба для свободы проектирования.

Глубокое погружение 1: Микропьезоэлектрическое жидкостное охлаждение, активная термомембрана
ЛУЧШИЙМикропьезоэлектрическая система жидкостного охлаждения работает по простому принципу. Она использует обратный пьезоэлектрический эффект. Когда к пьезокерамическому диску подается напряжение, диск изгибается вперед и назад. Это движение приводит в движение небольшую насосную камеру, которая постоянно меняет объем, прокачивая жидкость по замкнутому контуру. В системе нет двигателя, механического подшипника и подвижной оси. Именно это позволяет сделать всю систему чрезвычайно тонкой и надежной при длительной эксплуатации.
ЛУЧШИЙ Эту идею воплотили в реальную линейку продуктов. В основе лежит трехслойная мембрана из ПЭТ для жидкостного охлаждения, толщиной всего от 0,2 до 0,35 мм. Это опровергает старое предположение о том, что жидкостное охлаждение всегда требует громоздкого насоса и жестких трубок. С этой мембраной активное жидкостное охлаждение становится практически таким же эффективным, как нанесение тонкой пленки на устройство.
Сам насос тоже очень маленький. ЛУЧШИЙ Компания предлагает микропьезоэлектрические насосы размером до 0,5 мм, например, 7 х 7 х 0,5 мм и 10 х 10 х 0,5 мм. Даже при таких крошечных размерах насосы обеспечивают хорошую производительность и давление.
Результаты реальных испытаний подтверждают правильность конструкции. В ходе лабораторных испытаний система снижает температуру поверхности примерно на 10℃ всего за 2 секунды после включения. Снижение температуры составляет около 16℃ через 20 секунд. Разница температур между мембранами составляет всего около 1,5℃. Это обеспечивает очень высокий уровень теплового сопротивления, и при тепловой нагрузке в 5 Вт система достигает теплового сопротивления, эквивалентного 3,83℃/Вт, даже для такой тонкой пленки.

Если вы хотите узнать больше о продукте, вы можете связаться с нами.

Глубокий анализ 2: Микропьезоэлектрическое воздушное охлаждение, прямой поток воздуха в зазорах 0,7 мм.
Хотя жидкостное охлаждение отводит тепло на большие расстояния, для решения некоторых проблем необходим прямой поток воздуха непосредственно в горячей точке. Именно здесь и возникает необходимость. ЛУЧШИЙВ дело вступает технология микропьезоэлектрического воздушного охлаждения.
В отличие от обычного вентилятора, он работает по специфическому принципу. Высокочастотный (высокоамплитудный) вибрационный элемент создается путем соединения пьезоэлектрического диска с тонкой металлической лопастью. Записывается частота этого элемента, которая превышает 23 кГц и находится в так называемом ультразвуковом или ближнем ультразвуковом диапазоне. Частота также достаточно высока, поэтому результирующий звук очень тихий, но с высокой скоростью и высокой эффективностью воздушного потока. Вибрация всасывает воздух и сжимает его, а затем выталкивает в виде сфокусированного воздушного потока, движущегося в определенном направлении.
Указанные размеры дают представление о том, насколько продвинута эта технология. Размеры всего устройства могут составлять всего 13 x 13 x 0,7 мм. Даже при таких размерах оно обеспечивает свободный поток воздуха более 5 литров в минуту и ​​статическое давление выше 300 паскалей. Эти показатели важны, поскольку позволяют устройству циркулировать реальный воздух в, безусловно, герметичном помещении, а не создавать искусственный ветерок.
Именно поэтому эта технология идеально подходит для случаев, когда обычный вентилятор не справляется. Механическому вентилятору требуется как минимум 1-миллиметровый зазор между SoC и PMCI или чипом быстрой зарядки. Для механического вентилятора это слишком узко, но пьезоэлектрический вентилятор может поместиться прямо рядом с SoC, PMCI или чипом быстрой зарядки. Это, как правило, самые горячие области на плате, и благодаря прямому направлению воздушного потока на эти области становится возможным целенаправленное охлаждение.

Если вы хотите узнать больше о продукте, вы можете связаться с нами.

Системная синергия: жидкостное охлаждение, воздушное охлаждение и пассивное охлаждение работают вместе.
Важно понимать, что жидкостное и воздушное охлаждение не являются конкурирующими вариантами. Они могут решать разные задачи и лучше всего работают в команде.
Пьезоэлектрическое жидкостное охлаждение эффективно на больших расстояниях. Оно способно отводить тепло из нагретой области и распределять его в более холодную область устройства, где оно может быть рассеяно.
Пьезоэлектрическое воздушное охлаждение лучше всего справляется с проблемой локальных перегревов. Оно направляет воздух непосредственно на небольшой, но мощный источник тепла и быстро отводит его прямо в месте возникновения.
Когда эти две активные системы объединяются с существующими пассивными компонентами, такими как паровые камеры, тепловые трубки, графитовые листы и теплопроводящие материалы, в результате получается полноценная гибридная активная система терморегулирования. Каждая часть заполняет пробел, недоступный для других. Вместе они обеспечивают такой уровень эффективности охлаждения, которого невозможно достичь с помощью одного метода в отдельности.

Сценарии применения и перспективы на будущее
Эта технология открывает новые возможности для многих видов продукции.
В складных телефонах и телефонах с искусственным интеллектом как мембрана жидкостного охлаждения, так и микронасос могут размещаться внутри слоев толщиной всего в доли миллиметра. Это дает разработчикам возможность добавить больше охлаждения без увеличения толщины.
В умных очках дополненной и виртуальной реальности нагрев вблизи лица является серьезной проблемой, влияющей на комфорт. Чипы, расположенные близко к коже пользователя, требуют очень тщательного локального охлаждения, и именно эту проблему призвано решить микропьезоэлектрическое охлаждение.
В компьютерах с искусственным интеллектом и ультратонких ноутбуках эти системы могут заменить традиционный вентилятор или работать совместно с ним. Это позволяет уменьшить как толщину устройства, так и уровень шума при высоких нагрузках.
Благодаря продолжающейся миниатюризации пьезоэлектрических технологий, ЛУЧШИЙ Это помогает внедрить активное охлаждение в те области, где раньше это было невозможно. Это не только защищает чип от перегрева. Это дает инженерам свободу раскрыть весь потенциал своих чипов, а также открывает новые направления в промышленном дизайне, которые были просто недоступны при использовании старых методов охлаждения.