طريقة التبريد لوحدة IGBT

'قانون مور' تنبأ بدقة بالتطور السريع لصناعة أشباه الموصلات، ولكن مع التطور السريع لتكنولوجيا التعبئة الإلكترونية وتكنولوجيا التصنيع الدقيق، أصبح حجم الترانزستورات وتكاملها يقترب أكثر فأكثر من الحد المادي. إن دقة تكنولوجيا الطباعة الحجرية الحالية محدودة، إلى جانب حدوث مشاكل متكررة مثل التسرب وتبديد الحرارة، وقد لا يكون قانون مور قادرًا على قيادة وتيرة تطوير صناعة أشباه الموصلات بدقة في المستقبل. لقد حظيت مشكلة تبديد الحرارة التي أصبحت بارزة بشكل متزايد ولكن لم يتم حلها بالكامل باهتمام واسع النطاق في الصناعة. أصبحت الإدارة الحرارية للأجهزة الميكانيكية والإلكترونية المتكاملة للغاية بمثابة عنق الزجاجة أمام التطوير المستمر لصناعة الإلكترونيات وحتى مجال التصنيع الميكانيكي وهندسة التحكم الإلكتروني بأكمله. لم تعد قدرة تبديد الحرارة لتقنية تبريد الهواء التقليدية قادرة على تلبية متطلبات تبديد الحرارة للمعدات الإلكترونية ذات التدفق الحراري العالي. في الوقت نفسه، نظرًا لأن أنواع ومجالات تطبيق الأجهزة الإلكترونية أصبحت أكثر تنوعًا، أصبحت ظروف التشغيل أكثر تعقيدًا، وأصبحت بيئة العمل أكثر تعقيدًا، الأمر الذي يتطلب نظام الإدارة الحرارية المقابل لتحقيق تبديد الحرارة بكفاءة في ظل ظروف عمل مختلفة. لذلك، أصبحت كيفية اختيار تقنية التبريد المناسبة والتصميم العقلاني لنظام الإدارة الحرارية المستقر والموثوق والمرن للتكيف مع سيناريوهات العمل المختلفة إحدى المشكلات الرئيسية التي يجب حلها في مجال التبريد بتدفق الحرارة العالي.

IGBT هو نوع جديد من أجهزة الإيقاف الذاتي لأشباه موصلات الطاقة، والتي تتميز بمزايا قوة القيادة الصغيرة، ودائرة القيادة البسيطة، وفقدان الحالة المستقرة المنخفضة، ومقاومة المدخلات العالية، وقدرة تحمل الدائرة القصيرة القوية وقدرة الحمل الحالية، وتستخدم على نطاق واسع في محولات التردد، ومحركات الجر، ومحركات التيار المتردد، والأجهزة المنزلية وغيرها من المجالات. إنه ممثل لجيل جديد من المكونات الإلكترونية. يتأثر أداء عمل IGBT بشكل كبير بدرجة الحرارة. أثناء عملية العمل، يتم توليد كمية كبيرة من الحرارة بسبب انقطاع الاتصال المتكرر. بمجرد عدم تبديدها في الوقت المناسب، ستزداد درجة الحرارة الداخلية للوحدة، مما يؤدي إلى تغييرات في الثوابت الفيزيائية لأشباه الموصلات والمعلمات الداخلية للجهاز. وهذا يجعل مؤشرات الأداء مثل انخفاض الجهد في الحالة، وإيقاف السرعة، وإيقاف ذروة الجهد، ووقت المخلفات الحالي والخسارة أسوأ، ويؤدي في النهاية إلى فشل وحدة IGBT في العمل بشكل طبيعي ويقلل من عمرها التشغيلي. بالإضافة إلى ذلك، فإن الاختلاف الكبير في درجة الحرارة داخل الوحدة سيؤدي أيضًا إلى حدوث إجهاد حراري يسبب انفلاتًا حراريًا، مما يقلل من موثوقية الوحدة. لذلك، يجب حل مشكلة تبديد الحرارة لوحدة IGBT بشكل عاجل. في حالة عدم قدرة تبريد الهواء على تلبية متطلبات تبديد الحرارة للوحدة، يتم استخدام مرحلة واحدة أصبحت الألواح الباردة المبردة بالماء طريقة التبريد السائدة لنظام تبديد الحرارة الحالي لوحدة IGBT ذات الطاقة الكبيرة. ومع ذلك، في السنوات الأخيرة، تم تسريع عملية التصغير والقوة العالية لـ IGBT. نظرًا لزيادة الحمل الحراري للوحدة، فإن اللوحة الباردة المبردة بالماء أحادية الطور غير قادرة تدريجيًا على تلبية الطلب المتزايد بسرعة على تبديد الحرارة، ونقل الحرارة بالحمل القسري للمياه المتداولة داخل اللوحة الباردة لديها مشكلة حتمية في توحيد درجة الحرارة المنخفضة. لهذا السبب، بدأ العديد من العلماء في التركيز على انتقال الحرارة بالغليان. يتميز نقل الحرارة المغلي بالتدفق الصغير بمزايا قدرة نقل الحرارة القوية، ومعامل نقل الحرارة العالي، وتوحيد درجة الحرارة الجيد، وشحن أقل لسوائل العمل. إنها طريقة مثالية لتبديد الحرارة لتبديد الحرارة IGBT. في السنوات الأخيرة، مع التقدم في تكنولوجيا التصنيع الدقيق وتقليل تكلفة معالجة القنوات الدقيقة، فإن نقل الحرارة المغلي في القنوات الدقيقة له آفاق تطوير كبيرة.

1. تحليل الهيكل والمقاومة الحرارية لوحدة IGBT

معظم المنتجات الموجودة حاليًا في السوق هي منتجات IGBT معيارية. إنه منتج أشباه الموصلات المعياري الذي يتم تعبئته بواسطة شرائح IGBT وFWD من خلال جسر دائرة محدد. إنها تتميز بخصائص توفير الطاقة، التركيب والصيانة المريحة، وتبديد الحرارة المستقر. تتكون وحدة IGBT المعبأة بشكل أساسي من شريحة وطبقة دائرة نحاسية وطبقة سيراميك عازلة وطبقة نحاسية وركيزة، كما هو موضح في الشكل 1.

تلعب الأجزاء الثلاثة لطبقة الدائرة النحاسية وطبقة السيراميك العازلة وطبقة النحاس بشكل أساسي دور نقل الحرارة والعزل وتخفيف الضغط الحراري. يمكن تعبئة شرائح IGBT المتعددة داخل وحدة IGBT. من خلال توصيل شرائح IGBT متعددة بالتوازي في الوحدة، يمكن تحقيق قدرة عالية على التعامل مع التيار، وذلك لتجنب مشكلة تقليل إنتاجية شرائح IGBT مع زيادة المنطقة النشطة. بالمقارنة مع الوحدات أحادية الشريحة، تتمتع الوحدات المعبأة التي تحتوي على شرائح IGBT متعددة بالداخل ببنية أكثر تعقيدًا ولها متطلبات أعلى للإدارة الحرارية. وحدة IGBT عبارة عن جهاز طاقة ذو قيمة حرارية عالية ويتأثر أدائه بشكل كبير بدرجة الحرارة. في التشغيل الفعلي، يجب التحكم في درجة حرارة الوصلة ضمن نطاق معقول لضمان التشغيل العادي. ستؤدي درجة حرارة التشغيل المرتفعة بشكل مفرط إلى تغيير الثوابت الفيزيائية لأشباه الموصلات والمعلمات الداخلية للجهاز، مما يؤدي إلى فشل وحدة IGBT في العمل بشكل طبيعي. وفي الحالات الشديدة، فإنه يؤثر حتى على حياته العملية. بشكل عام، عندما تتجاوز درجة حرارة الوصلة لشريحة IGBT 125 درجة مئوية، سينخفض ​​أدائها بشكل حاد، وحتى IGBT سوف يتضرر. والأكثر من ذلك، فإن الضغط الحراري في وحدة IGBT بسبب الاختلاف الكبير في درجة الحرارة بين الرقائق الداخلية قد يتسبب في انفلات حراري ويقلل من موثوقية الوحدة. ولذلك، فإن الإدارة الحرارية لوحدة التغليف لا تحتاج فقط إلى التأكد من أن درجة حرارة كل شريحة لا تتجاوز القيمة المقدرة، ولكنها تحتاج أيضًا إلى إيلاء اهتمام خاص لاختلاف درجة حرارة الرقائق في المواضع المختلفة.

باعتبارها جهاز إيقاف ذاتي لأشباه موصلات الطاقة، فإن وحدة IGBT لديها فقدان معين للطاقة في أعمال التوصيل وعملية التشغيل/الإيقاف، والتي تسمى عادةً فقدان الحالة وخسارة التبديل. تعتمد الخسارة على الحالة عادةً على الجهد والتيار الفعالين أثناء عملية التوصيل، بينما تعتمد خسارة التبديل بشكل أساسي على خصائص التبديل وتردد التبديل لجهاز IGBT. يعد وجود الخسارة على الحالة وفقدان التبديل هو العامل الأكثر أهمية الذي يؤدي إلى مشكلة تسخين وحدة IGBT. في الوقت نفسه، يتفاعل تغير درجة الحرارة داخل الوحدة بسبب التسخين أيضًا مع فقدان الحالة وخسارة التبديل، مما يؤثر على أداء عمل الوحدة. يرتبط مسار نقل الحرارة الناتج عن فقدان الطاقة داخل IGBT بتكوين الحزمة الخاصة به، أي الرقاقة ← طبقة لحام الرقاقة ← طبقة الدائرة النحاسية ← طبقة السيراميك ← طبقة النحاس ← طبقة لحام النظام ← الركيزة ← المبرد.

2. IGBT C ooling Tتقنية

في الوقت الحاضر، تشمل طرق التبريد IGBT التي تم استخدامها على نطاق واسع في السوق تكنولوجيا تبريد الهواء، وتبريد الأنابيب الحرارية، وتكنولوجيا تبريد المياه المتداولة. يتم تلخيص تقنية تبديد الحرارة المستخدمة بشكل شائع في IGBT ونطاق تدفق الحرارة المطبق لتقنية التبريد التي تعد موضوع بحث ساخن في مجال الإدارة الحرارية لـ IGBT، كما هو موضح في الشكل 2.

تستخدم تقنية تبريد الهواء نقل الحرارة بالحمل الحراري للهواء لإزالة الحرارة لتحقيق غرض تبديد الحرارة، والذي يمكن تقسيمه إلى تبريد الهواء بالحمل الحراري الطبيعي السلبي وتبريد الهواء بالحمل الحراري القسري النشط. تبريد الهواء بالحمل الحراري الطبيعي يرجع أساسًا إلى اختلاف الكثافة الناتج عن اختلاف درجة حرارة الهواء في مواقع مختلفة. الطفو المتولد هو القوة الدافعة التي تدفع الهواء المحيط لتدفق الحرارة بعيدًا. يتميز المبرد الخاص بطريقة التبريد هذه ببنية بسيطة وسهلة الصيانة، وقد تم استخدامه على نطاق واسع في الأيام الأولى. لكن قدرتها على نقل الحرارة ضعيفة، لذا لا يمكن استخدامها إلا لتبريد الأجهزة ذات الطاقة المنخفضة، والقيمة الحرارية المنخفضة، وتدفق الحرارة الذي لا يتجاوز 0.08 وات/سم2. مع دمج أجهزة الطاقة IGBT وتطوير الطاقة العالية، يتزايد الطلب على التبريد يومًا بعد يوم. من أجل تلبية متطلبات تبديد الحرارة وتحسين كفاءة التبادل الحراري، تم تركيب مروحة أو مروحة على جهاز IGBT لتعزيز الحمل الحراري القسري للهواء. يمكن تقليل المقاومة الحرارية لتبريد الهواء بالحمل الحراري القسري إلى 1/5 إلى 1/15 من تلك الخاصة بتبريد الهواء بالحمل الحراري الطبيعي، كما يتم زيادة قدرة تبديد الحرارة بشكل كبير. ومع ذلك، نظرًا لإضافة المراوح/المراوح والأجهزة الأخرى، فمن الضروري تصميم قناة الهواء بشكل معقول وإجراء صيانة دورية، مما يقلل من موثوقية النظام وتكامل الأجهزة، ويصاحب ذلك ضوضاء كبيرة نسبيًا أثناء التشغيل.

من أجل تحسين كفاءة التبريد لتكنولوجيا تبريد الهواء، عادة ما يتم تثبيت المبرد على وحدة IGBT لزيادة مساحة التبادل الحراري، والمشعاع المشترك عبارة عن مشعاع بزعانف. تتأثر كفاءة تبديد الحرارة للمبرد المبرد بالهواء بهيكل الزعنفة وحجمها وتصميم الترتيب وموضع المروحة وسرعتها ودرجة الحرارة المحيطة. بعد الكثير من البحث والتحسين، يعد المشتت الحراري المبرد بالهواء، وخاصة المشتت الحراري ذو الزعانف الألومنيوم المتوازي، هو المشتت الحراري الأكثر استخدامًا في تبريد IGBT الحالي نظرًا لتصميمه البسيط وعملية التصنيع الناضجة. ومع ذلك، نظرًا لمشاكل الحجم الصغير للهواء وانخفاض التوصيل الحراري، فحتى تبريد الهواء بالحمل القسري له قدرة محدودة على تبديد الحرارة. لا يمكنها التعامل بشكل جيد مع متطلبات تبديد الحرارة لوحدات IGBT المدمجة الحالية ذات كثافة تدفق الحرارة العالية وارتفاع درجة الحرارة الفوري السريع. بالإضافة إلى ذلك، فإن مشاكل مثل عدم تجانس درجة الحرارة، والضوضاء، وموثوقية النظام تحد أيضًا بشكل كبير من التطوير الإضافي لتكنولوجيا تبريد الهواء.

من أجل تحسين أداء المشعاعات المبردة بالهواء، من الشائع إضافة أنابيب حرارية فوقها. تم تحسين تقنية تبريد الأنابيب الحرارية لتبديد الحرارة IGBT على أساس تبريد الهواء، ويظهر هيكل المبرد النموذجي للأنبوب الحراري في الشكل 3.

تتميز الأنابيب الحرارية بمزايا انخفاض الفرق في درجة حرارة نقل الحرارة، وصغر الحجم، ولا تتطلب أي صيانة ميكانيكية. بشكل عام، لا يتم استخدام أنبوب الحرارة بمفرده كمبرد، ولكن عادةً ما يتم تضمينه في زعانف المبرد المبرد بالهواء، ويستخدم نقل الحرارة الفعال لتغيير الطور لنقل الحرارة بسرعة من ركيزة وحدة IGBT إلى الهواء لتحقيق غرض تبديد الحرارة.

بالمقارنة مع تقنية تبريد الهواء بالحمل القسري، فإن إدخال أنبوب الحرارة يحسن أداء الرادياتير بشكل كبير. يتمتع مشعاع أنبوب الحرارة بموثوقية عالية ومخاطر منخفضة لتسرب سائل العمل. لذلك، لديها أساس تطبيق معين في سوق الإدارة الحرارية IGBT الحالي. ومع ذلك، فإن معظم مشعات الأنابيب الحرارية، مثل المشعات المبردة بالهواء، تحتاج إلى التعاون مع المراوح/المراوح الخارجية لتحقيق كفاءة أعلى في تبديد الحرارة. تتأثر كفاءة عمل مشعاع الأنابيب الحرارية أيضًا بنوع المروحة، وسرعة الرياح، ودرجة الحرارة المحيطة، وما إلى ذلك، وهناك مشاكل مثل الصيانة الدورية والضوضاء أثناء التشغيل. بالإضافة إلى ذلك، بعد إضافة هيكل أنبوب الحرارة، يزداد الحجم الإجمالي للرادياتير. على سبيل المثال، عادة ما يكون مشعاع الأنابيب الحرارية الأسطواني المقترن بالزعانف مناسبًا فقط لسيناريوهات تبديد الحرارة ذات المساحة الكبيرة، وهو ما لا يفضي إلى تحسين ضغط وتكامل وحدات IGBT.

عندما تزداد كثافة الطاقة لوحدة IGBT ويكون تصميم قناة الهواء والموثوقية ومؤشر الضوضاء والظروف الأخرى محدودًا، يكون من الصعب نسبيًا تنفيذ تقنية تبريد الهواء وتقنية تبريد الأنابيب الحرارية. لا يمكنها تلبية متطلبات تشغيل المعدات وتبديد الحرارة بشكل جيد. ونتيجة لذلك، ظهرت تكنولوجيا تبريد المياه على المسرح. يتمتع الماء بموصلية حرارية جيدة، وقدرة حرارية نوعية كبيرة، ولا يسبب أي تلوث تقريبًا. بالمقارنة مع تبديد الحرارة المبرد بالهواء، فإن استخدام المشعاعات المبردة بالماء (أو الألواح المبردة بالماء) له كفاءة أعلى في تبديد الحرارة، وحجم أصغر، وتخطيط أسهل لنظام تبديد الحرارة. إنه أكثر ملاءمة لنظام التبريد لوحدات IGBT ذات الطاقة الأكبر. ولذلك، أصبح تبريد المياه المتداولة هو أسلوب التبريد السائد لنظام التبريد لوحدات IGBT ذات الطاقة الأكبر. يمكن تقسيم مشعاع تبريد الماء المتداول إلى النوعين التاليين وفقًا لنموذج التغليف بين الرادياتير ووحدة IGBT. أحدهما عبارة عن مشتت حراري منفصل يتكون من الجمع بين وحدة IGBT واللوحة المبردة بالماء كمكونين مستقلين. استخدم دوران الماء في اللوحة الباردة لإزالة حرارة وحدة IGBT. من السهل تركيب مشعاع IGBT المنفصل والمبرد بالماء، ولكنه يسبب أيضًا مقاومة حرارية للتلامس على سطح التلامس بين وحدة IGBT ولوحة التبريد. علاوة على ذلك، كلما زاد توليد حرارة IGBT، زاد تأثير مقاومة التلامس الحراري على أداء المشتت الحراري. لذلك، في التطبيقات العملية، من الضروري تطبيق شحم السيليكون الموصل الحراري على سطح التلامس لتقليل مقاومة التلامس الحراري. والآخر هو تعبئة IGBT مباشرة على الركيزة ذات الزعانف المبردة بالماء. يزيل هذا المشتت الحراري المقاومة الحرارية للتلامس بين الركيزة واللوحة الباردة، ويتميز بأداء أعلى في تبديد الحرارة. أظهرت الدراسات أن المقاومة الحرارية لهذا الشكل المتكامل من الوحدة والمشتت الحراري أقل بنسبة 33% من تلك الموجودة في المشتت الحراري المنفصل. ومع ذلك، فإن هذا النوع من المبرد يسبب إزعاجًا للتفكيك والتجميع، ويزيد أيضًا من خطر ملامسة سائل التبريد للرقائق الداخلية ولوحات الدوائر، وبالتالي فإن متطلبات العزل الكهربائي لمياه التبريد تكون أكثر صرامة. في الوقت الحاضر، يعد تطبيق تكنولوجيا تبريد المياه المتداولة في IGBT ناضجًا نسبيًا، وقد أجرى العلماء الكثير من الأبحاث حول نظام تبريد المياه وتحسين التصميم الهيكلي.

على الرغم من أن تقنية تبريد الماء المتداول لها العديد من المزايا، إلا أنه لا يمكن تجاهل مشكلة انتظام درجات الحرارة المنخفضة. خاصة بالنسبة لرقاقة IGBT، ستزداد كفاءة تحويل الطاقة مع انخفاض درجة حرارة الوصلة لرقاقة IGBT. سيؤدي توحيد درجة الحرارة الضعيف إلى اختلاف درجات حرارة الوصلات بين شرائح IGBT في مواضع مختلفة، مما يجعل كل شريحة IGBT لها كفاءات مختلفة في تحويل الطاقة، مما يؤدي إلى مخرجات طاقة مختلفة. وهذا يضر بشدة بتشغيل الوحدة وموثوقيتها، بل ويتسبب في انفلات حراري ويلحق الضرر بالجهاز في الحالات الشديدة. في مواجهة الحمل الحراري المتزايد، فإن أداء التبريد أحادي الطور للمياه الباردة التقليدية المتداولة يتأثر بشكل خطير بالموقع النسبي للمدخل والمخرج. سيتم تقليل أداء التبريد بشكل كبير بالقرب من المخرج، وسوف يكون عدم انتظام درجة الحرارة أكثر وضوحًا.

من أجل تخفيف هذه المشكلة، عادة ما يعتمد التبريد أحادي الطور بالمياه المتداولة التقليدية طريقة زيادة عمل المضخة. زيادة تدفق المياه في نظام التبريد، ولكن هذه الطريقة تزيد من استهلاك الطاقة والتأثير ليس مثاليا. لذلك، من الضروري تطوير تقنية تبريد جديدة ذات أداء ممتاز في تبديد الحرارة وتوحيد جيد لدرجة الحرارة.

تقنية التبريد بالرش هي تقنية تبريد سائلة جديدة وفعالة للغاية. يستخدم فوهة لتفتيت سائل التبريد إلى مجموعة من القطرات الدقيقة ثم يضرب بعنف سطح مصدر الحرارة لتكوين طبقة رقيقة من سائل التبريد على السطح. مع تدفق الفيلم السائل والتبخر وتكوين ونمو وانفصال الفقاعات في الفيلم السائل، يتم تحقيق تأثير تبديد الحرارة السريع. يتمتع التبريد بالرش بقدرة قوية على نقل الحرارة، وتوحيد درجة الحرارة بشكل جيد لسطح نقل الحرارة، والطلب الصغير على سائل العمل، وهو طريقة تبريد فعالة ذات تدفق حراري عالي. منذ أن تم اقتراح مفهوم التبريد بالرش في الثمانينيات، قام الباحثون المحليون والأجانب بالكثير من الأعمال البحثية حول النظرية والتجربة.

أظهر عدد كبير من الدراسات أن تقنية التبريد بالرش تتمتع بكفاءة عالية في تبديد الحرارة ولديها آفاق تطوير جيدة في مجال تبديد الحرارة بتدفق الحرارة العالي. ومع ذلك، ونظرًا لتعقيد عملية التبريد بالرش وتفاعل العديد من العوامل المؤثرة، فمن الصعب حل النموذج الرياضي، مما يجلب صعوبات كبيرة لكل من التحليل النظري والبحث التجريبي. في الوقت الحاضر، تعتمد الأبحاث المتعلقة بالتبريد بالرش بشكل أساسي على الجمع بين البحث النموذجي والمحاكاة العددية والبحث التجريبي. حتى الآن لم يتم التوصل إلى استنتاجات واضحة حول آلية انتقال الحرارة والعوامل المؤثرة في التبريد بالرش. بالإضافة إلى ذلك، فإن تصميم جهاز التبريد بالرش أمر صعب، بما في ذلك هيكل الفوهة، والمسافة بين الفوهة والسطح، وزاوية الميل، ومعدل تدفق الرش. مطلوب عدد كبير من دعم المعلمات، الأمر الذي يجلب تحديات كبيرة لتصميم المشتتات الحرارية والترويج لها، مما يحد بدوره من توسعها وتطبيقها في سوق الإدارة الحرارية.

التبريد بالاصطدام النفاث هو طريقة تبريد حيث يؤثر المبرد بشكل مباشر على سطح مصدر الحرارة بسرعة عالية تحت فرق ضغط الفوهة لتحقيق تبادل حراري فعال. ينقسم مجال تدفق الاصطدام النفاث النموذجي إلى ثلاث مناطق: منطقة النفاث الحر، ومنطقة نقطة الركود، ومنطقة النفاث الجداري. من بينها، منطقة نقطة الركود هي منطقة العمل الرئيسية للتبريد النفاث، وسيشكل السائل طبقة حدودية رقيقة جدًا للسرعة ودرجة الحرارة في منطقة نقطة الركود. إن التدرج في درجة الحرارة، وتدرج السرعة المحورية، وتدرج الضغط في الطبقة الحدودية كبير جدًا، بحيث تتغير المعلمات بشكل كبير، مما يؤدي إلى ارتفاع معاملات نقل الحرارة المحلية.

نظرًا لتعقيد هيكل مجال تدفق التبريد النفاث، فإنه عادةً ما يكون من المستحيل الحصول على استنتاجات كمية دقيقة حول خصائص التدفق ونقل الحرارة فقط من خلال التحليل النظري. في الوقت الحاضر، يتم استخدام مزيج من اشتقاق الصيغة والمحاكاة العددية والبحث التجريبي بشكل عام للحصول على استنتاجات كمية دقيقة نسبيًا.

نظرًا للنطاق المحدود لتأثير النفاث ذو الفتحة الواحدة، فمن السهل التسبب في توحيد درجة الحرارة المنخفضة على سطح مصدر الحرارة، وهو أمر غير مناسب جدًا لمصادر الحرارة ذات المساحة الكبيرة. لحل هذه المشكلة، عادة ما يتم استخدام المصفوفات النفاثة ذات الفوهات المتعددة. الشكل 4 عبارة عن جهاز مصفوفة نفاث التدفق الخلفي الموزع، والذي يمكنه تحسين توحيد درجة الحرارة للمعدات بشكل كبير.

تظهر نتائج الأبحاث الحالية أن قدرة تبديد الحرارة لتبريد المصفوفة النفاثة ممتازة. خاصة في تقليل النقاط الساخنة المحلية وزيادة توحيد درجة الحرارة الإجمالية للمعدات ذات المساحة الكبيرة. ولكنه يشبه التبريد بالرش، وآلية نقل الحرارة وخصائص مجال التدفق معقدة للغاية، والتصميم صعب. بالإضافة إلى ذلك، عندما يعمل جهاز تبريد الاصطدام النفاث لفترة طويلة، فمن المحتمل أن تكون قوة تأثير السائل عالي السرعة مدمرة لسطح وحدة IGBT، مما يقيد التطبيق واسع النطاق لتقنية تبريد الاصطدام النفاث في صناعة تبريد الأجهزة الإلكترونية.

3. تلخيص

مع زيادة الحمل الحراري لوحدات IGBT في السنوات الأخيرة، أصبحت طريقة تبريد الهواء غير قادرة تدريجيًا على تلبية الطلب المتزايد بسرعة على تبديد الحرارة. بالرغم من لقد أدت تقنية تبريد الأنابيب الحرارية وتقنية تبريد المياه المتداولة إلى تحسين قدرة تبديد الحرارة، وليس لديهما مزايا واضحة في مجال التدفق الحراري العالي في المستقبل. IGBTs في حاجة ماسة إلى تقنيات الإدارة الحرارية المتقدمة. على الرغم من أن تقنية التبريد بالرش وتقنية التبريد بالاصطدام النفاث يمكن أن تحقق قدرة عالية على تبديد الحرارة. ومع ذلك، فإن آلية نقل الحرارة الخاصة بها معقدة، ولم يتم بعد الحصول على نظرية موحدة نسبيًا لانتقال الحرارة وقانون نقل الحرارة. بالإضافة إلى ذلك، فإن تصميم الفوهة صعب، مما يجعل من غير المرجح أن يتم تسويقها خلال فترة زمنية قصيرة. في المقابل، تتميز تكنولوجيا التبريد ذات القنوات الدقيقة بمزايا الهيكل المدمج، وقدرة نقل الحرارة القوية، ومعامل نقل الحرارة العالي، وشحن سائل التشغيل الأقل، وتوحيد درجة الحرارة الجيد. بالمقارنة مع مشعات التبريد النفاث والتبريد بالرش، فإن مشعات القنوات الصغيرة أسهل في تحقيق المزيد من النشر والتطبيق، ولها آفاق تطوير كبيرة في مجال الإدارة الحرارية للأجهزة الإلكترونية.