半導体冷凍冷却技術

人間の計算能力を継続的に追求することで、ますます多くのトランジスタが計算チップに挿入されています。 各コンピューティングユニットの密度は増加しています。 同時に、周波数が高くなると、チップの動作電圧と消費電力も高くなります。 今後数年間は、チップの計算性能の向上を追求していくことが予想されます。これは、チップ温度の放熱問題も継続的に解決する必要があることを意味します。

熱電効果の原理に基づく半導体冷凍冷却技術は、制御性が高く、使いやすく、低コストの新しい冷却方法です。 それは熱放散の分野で徐々に使用されてきました。

熱電効果は、温度差によって生成された電圧の直接変換であり、その逆も同様です。 簡単に言えば、熱電デバイスの両端に温度差があると電圧が発生し、電圧がかかると温度差も発生します。 この効果は、電気エネルギーの生成、温度の測定、およびオブジェクトの冷却または加熱に使用できます。 加熱または冷却の方向は印加電圧に依存するため、熱電デバイスは温度制御を非常に簡単にします。

従来の空冷や液体冷却と比較して、半導体冷凍チップ冷却には次の利点があります。1温度を室温より低くすることができます。

2.正確な温度制御（閉ループ温度制御回路を使用すると、精度は±0 .1度に達する可能性があります）。

3.高い信頼性（冷凍コンポーネントは可動部品のない頑丈なデバイスであり、200000時間以上の耐用年数と低い故障率を備えています）。

4.作動音はありません。

TE冷却の課題：

1.現在、半導体の冷凍係数は小さく、冷凍時に消費されるエネルギーは冷凍能力をはるかに上回っています。 Tecラジエーターのエネルギー消費率が低すぎるため、この段階ではTecラジエーターが主流の冷却ソリューションになることはできません。

2. TEC冷凍ブレードが機能しているときは、コールドエンドで冷却しながら、ホットエンドで効果的な熱放散が必要です。 つまり、TEC冷凍装置が高出力冷凍を実行し、放熱のためにCPUに出力する場合は、それも継続的に放散する必要があり、その結果、高出力tecが独立して動作できなくなります。

3. tec製の温度差の大きい環境では、空気中の水分が室温以下の部品に凝縮しやすくなります。 凝縮やメインボードコンポーネントの損傷のリスクを回避するために、プロセッサの周囲に特定のシーリング環境を設計する必要があります。

プロセスの改善に伴い、トランジスタ密度が増加し、CPUコアのパッケージダイ面積はますます小さくなっています。 熱力学の法則によれば、熱伝導面積が小さい場合、熱伝導性能を維持するために、より大きな温度差が必要になります。 温度差が小さい従来の放熱形式では、この問題を解決できません。 CPUの消費電力が高くなくても、熱を大量に蓄積するため、周波数制限が低くなりすぎます。 Tecには当然大きな温度差属性があり（吸熱端の温度は簡単に- 20度に達する可能性があります）、これは小さな面積と高い熱伝導の問題を解決するための最良の解決策である可能性があります。