Термоэлектрические устройства для охлаждения и термостатирования микроэлектронной техники тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.03, кандидат технических наук Челушкина, Татьяна Алексеевна

• Челушкина, Татьяна Алексеевна
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Челушкина, Татьяна Алексеевна

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. МЕТОДЫ ОХЛАЖДЕНИЯ МЭТ И ПОСТАНОВКА 9 ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Термоэлектрические явления в полупроводниковых 9 приборах.

1.2. Термоэлектрические устройства для охлаждения 12 микроэлектронной техники.

1.3. Выбор материала для ветвей термоэлемента

1.4. Конструкции термоэлектрических батарей и их применение 24 в устройствах различного назначения

1.5. Термоэлектрические интенсификаторы теплопередачи 32 преимущественно для отвода тепла от элементов радиоэлектроники большой мощности

1.6. Характеристики тепловых потоков излучения твердых тел

1.7. Охлаждение при питании термоэлемента зависящим 41 от времени током

1.8. Постановка задачи исследования

2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ (ММ) 54 ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ УСТРОЙСТВ, ФУНКЦИОНИРУЮЩИХ в СТАЦИОНАРНЫХ РЕЖИМАХ

2.1. Разработка ММ биметаллических электродов в 54 полупроводниковых приборах для термоэлектрического охлаждения тепловыделяющих компонентов.

2.2. Разработка ММ термоэлектрических устройств со 66 стационарным отводом тепла в виде излучения.

2.3. Разработка ММ термоэлектрических устройств с 79 импульсным питанием.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 95 ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

3.1. Компьютеризированный стенд для исследования 95 теплофизических параметров термоэлектрических устройств

для охлаждения микроэлектронной техники.

3.2. Экспериментальные исследования биметаллических 98 электродов в полупроводниковых приборах для термоэлектрического охлаждения тепловыделяющих компонентов.

3.3. Экспериментальные исследования термоэлектрических 105 устройств с отводом тепла в виде излучения.

3.4. Экспериментальные исследования термоэлектрических 110 устройств с импульсным питанием.

4. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА И ПРИБОРЫ 114 ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ МИКРОЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

4.1. Термоэлектрическое устройство для отвода теплоты и 114 термостабилизации микросборок при помощи биметаллических электродов.

4.2. Термоэлектрическое устройство с отводом тепла в виде 118 ультрафиолетового излучения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Термоэлектрические устройства для охлаждения и термостатирования микроэлектронной техники»

ВВЕДЕНИЕ

Научно-техническая революция характеризуется дальнейшим проникновением электронных устройств и систем практически во все области современной науки и техники. Сложность электронных систем растет, их функциональные возможности расширяются, увеличивается доля аппаратуры, изготовленной с применением интегральных радиоэлектронных устройств (ИРЭУ). Одновременно возрастает качество, эффективность и стоимость. Сложная радиоэлектронная система должна работать долго и надежно, только в этом случае она экономически целесообразна [50, 51, 52, 66, 74, 98, 113 ].

Несмотря на огромное разнообразие электронных систем различного функционального назначения, областей применения, элементной базы, конструктивного исполнения и стоимости они имеют ряд общих признаков, позволяющих причислить их к одному классу технических систем. К числу основных объединяющих признаков этих систем относят: использование электромагнитных колебаний (осцилляций электромагнитного поля) в качестве носителя информации; электрических сигналов для ее передачи и приема; наличие организованной структуры; относительная автономность систем; динамика их развития и изменения в пределах жизненного цикла; потребность в функциональном управлении состоянием, включая поддержание этих состояний в установленных пределах, т.е. потребность в техническом обслуживании [43, 91, 118].

Развитие микроэлектронной техники (МЭТ) происходит по определенным направлениям, основными из которых следует считать: повышение сложности систем, микроминиатюризация, применение цифровых методов передачи и обработки информации [51, 77, 81,110].

Целью настоящей работы является разработка термоэлектрических устройств (ТЭУ) с отводом тепла в окружающую среду непосредственно от нагретых зон полупроводниковых приборов при помощи биметаллических электродов и в виде излучения в стационарных и нестационарных режимах работы.

В ходе достижения поставленной цели в диссертационной работе были решены основные задачи:

1. Разработка биметаллических электродов в СБИС для термоэлектрического охлаждения тепловыделяющих компонентов МЭТ.

2. Разработка ТЭУ со стационарным отводом тепла в виде излучения.

3. Разработка математических моделей (ММ) биметаллических электродов в полупроводниковых приборах для термоэлектрического охлаждения тепловыделяющих компонентов МЭТ.

4. Разработка ММ ТЭУ со стационарным отводом тепла в виде излучения.

5. Разработка ММ ТЭУ с импульсным питанием.

6. Создание устройств и методик для охлаждения тепловыделяющих компонентов интегральных схем.

7. Проведение комплекса экспериментальных исследований для подтверждения теоретических данных.

8. Практическая реализация результатов работы.

9. Разработка рекомендаций для уменьшения тепловыделений компонентов интегральных схем.

Результаты теоретических исследований подтверждены серией экспериментов, проведенных для разработанных устройств на специально созданном для этих целей стенде, и разработанными методиками проведения испытаний. Проведенные исследования позволяют правильно оценить возможности ТЭУ, проводить целенаправленный и обоснованный их выбор для различных условий эксплуатации и сравнительный анализ с другими способами измерения теплофизических параметров.

В диссертационной работе защищаются следующие положения, представляющие научную новизну:

1. Разработан принцип построения биметаллических электродов в СБИС с пространственным разнесением зон поглощения и выделения в МЭТ.

2. Разработана принципиально новая структура ТЭУ со стационарным отводом тепла в виде излучения.

3. Разработана ММ биметаллических электродов в полупроводниковых приборах для термоэлектрического охлаждения тепловыделяющих компонентов МЭТ и выделения тепла во внешних независимых источниках питания.

4. Разработана ММ безинерционных ТЭУ со стационарным отводом тепла в виде излучения.

5. Предложен способ формирования импульсного питания ТЭУ с учетом теплофизических свойств полупроводниковых материалов в виде длины свободного пробега электронов и дрейфовой скорости движения зарядов.

Практическая значимость выполненного исследования составляет

разработанные теоретические основы ТЭУ с отводом тепла в окружающую

среду непосредственно от нагретых зон полупроводниковых приборов при

помощи биметаллических электродов и в виде излучения в стационарных и

нестационарных режимах работы на базе полученных в работе обобщенных

уравнений, учитывающих характеристики ТЭУ и системы теплосъема, а

также параметры сред и объекта охлаждения.

Анализ работы ТЭУ позволил создать рекомендации по оптимизации

их режимов работы и использованию в МЭТ.

Проведенные исследования позволяют правильно оценить возможности

ТЭУ, проводить целенаправленный и обоснованный их выбор. Проведенные

теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать

практические рекомендации по использованию ТЭУ при различных условиях

эксплуатации с учетом тепловых нагрузок МЭТ.

Разработана методика для всестороннего анализа работы ТЭУ с

отводом тепла в окружающую среду непосредственно от нагретых зон

полупроводниковых приборов при помощи биметаллических электродов и в

виде излучения и определения влияния теплофизических характеристик и

других факторов на энергетические и технико-экономические показатели.

Полученные результаты исследований нашли практическое применение

в различных организациях при охлаждении МЭТ в вычислительной технике.

7

Получены патенты РФ «Способ отвода тепла от тепловыделяющих электронных компонентов в виде излучения» и «Способ оптимизации режимов работы термоэлектрической батареи с учетом геометрических и электротеплофизических параметров при импульсном питании», а также положительное решение на выдачу патента РФ «Способ охлаждения полупроводниковых тепловыделяющих электронных компонентов через биметаллические термоэлектрические электроды» [21, 22]. Получены золотые медали на XIV Московском международном Салоне изобретений и инновационных технологий «АРХИМЕД - 2011» за разработку «Способ отвода тепла от тепловыделяющих электронных компонентов в виде излучения» (Россия, Москва, 05.04 - 08.04.2011 г.) и на XV Юбилейном международном Салоне изобретений и инновационных технологий «АРХИМЕД - 2012» за разработку «Способ охлаждения полупроводниковых тепловыделяющих электронных компонентов через биметаллические термоэлектрические электроды» (Россия, Москва, 20.03 -23.03.2012 г.).

Диссертация подводит итог комплексу исследований, выполненных автором за последние 6 лет в Дагестанском государственном техническом университете (ДГТУ).

1. МЕТОДЫ ОХЛАЖДЕНИЯ МЭТ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1. Краткий обзор развития термоэлектрической техники

Термоэлектрические явления были обнаружены и исследованы более ста пятидесяти лет тому назад Зеебеком, Пельтье и Томсоном [28, 36, 61]. Исследуя возможность практического применения термоэлектрических эффектов, Альтенкирх в 1911 г. получил приближенные соотношения для тепловых насосов и генераторов [29].

Оценив эффективность этих устройств при использовании в них термоэлектрических элементов (ТЭ) из металлов (единственно известных в то время проводников), Альтенкирх указал на нецелесообразность использования металлов в качестве ветвей ТЭ из-за высокой теплопроводности и малых значений коэффициентов термоэлектродвижущей силы [30].

Однако к тому времени эффект Зеебека уже нашел применение для измерения высоких температур термопарами. Термопара из пластины с платинородием была предложена для этой цели Ле Шателье в 1886 г. [31]. Одиночные опытные образцы термоэлектрических генераторов (ТЭГ), построенных в тот период, находили только лабораторное применение, так как стоимость вырабатываемой ими электроэнергии намного превосходила стоимость электроэнергии, вырабатываемой оборудованием того времени.

Практическое использование полупроводниковых охлаждающих и нагревающих ТЭУ в промышленности и народном хозяйстве берет свое начало с разработки академиком А.Ф. Иоффе теории энергетических применений полупроводниковых ТЭ в начале 50-х годов нашего столетия. Дальнейшее развитие теория энергетического применения термоэлектричества получила в трудах Л.С. Стильбанса, Е.К. Иорданишвили, B.C. Мартыновского, В.А. Наера, А.И. Бурштейна, Н.С. Лидоренко, Л.И. Анатычука, Н.В. Коломойца, Е.С. Курылева, Е.А. Коленко, М.А. Каганова,

Ю.Н. Цветкова, М.Р. Привина, A.JI. Вайнера, B.C. Семенюка и многих других, а также в работах зарубежных ученых Г. Голдсмита, Т. Хармана, П. Грея, Д. Макдональда, Е. Юсти и др. [33, 40, 42, 53, 57, 59, 88, 100, 121].

В последнее время в России и за рубежом уделяется большое внимание вопросу создания ТЭУ различного назначения. Указанный интерес обусловлен существенными преимуществами ТЭУ [35].

К настоящему времени по термоэлектричеству накоплен большой теоретический и экспериментальный материал, разработано и внедрено огромное количество разнообразных аппаратов, устройств и приборов, основанных на применении эффекта Пельтье. По ряду направлений сведения систематизированы и опубликованы в монографиях [28, 56, 61].

Достаточно полно разработаны методики расчета ТЭУ с постоянной и меняющейся вдоль термоэлектрической батареи (ТЭБ) температурой спаев [47], предложены графоаналитические способы расчета [49], а также численные методы с применением компьютеров [89].

Проанализированы режимы работы термоэлектрических охладителей и нагревателей - минимальной температуры холодных спаев, максимальной холодопроизводительности, максимальной энергетической эффективности, минимального тока при ограничении числа ТЭ и другие [32, 41, 70, 82, 96, 112].

Ряд исследований посвящен изучению характеристик ТЭБ при использовании их в качестве интенсификатора теплопередачи и теплоизоляторов [56, 59]. Исследованы вопросы влияния на работу и показатели ТЭУ пульсаций тока [63, 64], контактных электрических и тепловых сопротивлений [65], изоляционных прослоев [68] и других факторов.

Широкие исследования проведены в области влияния теплообмена на энергетические и другие показатели охладителей [23, 26, 34, 72, 95, 117], интенсификации теплоотдачи [37, 58, 71, 93, 107], разработки различных теплообменных систем [25, 39, 62, 99, 119], в том числе с промежуточным

теплоотводом [56, 59]. Достаточно много работ посвящено оптимизации параметров ТЭУ [24, 27, 45, 79, 97, 104], повышению эффективности их использования [38, 44, 73, 94, 106], рациональному выбору полупроводниковых материалов [46, 48, 54, 101, 115], оптимизации конструкции ТЭБ [60, 76, 85, 103, 123].

Большой цикл исследований проведен по изучению динамических характеристик и переходных процессов в ТЭУ и нестационарных режимов работы ТЭ [10, 22, 92, 109], а также измерению теплофизических характеристик полупроводниковых материалов и ТЭБ [8, 80, 102, 116]. Перспективы развития, рациональные области применения, новые направления в использовании термоэлектричества нашли отражение в работах [1-22]. Теоретические разработки подкреплены экспериментальными исследованиями [23, 56, 61], подтверждающими правильность сделанных выводов и аналитических решений. Широкое практическое применение ТЭУ в самых различных областях народного хозяйства [86, 111] потребовало проведения исследований по надежности [73, 78, 114], а серийное производство ТЭУ и ТЭБ - разработку модулей для изучения закономерностей разброса термоэлектрических свойств полупроводниковых материалов и обоснования классов допусков на геометрические размеры ТЭ для учета в инженерных методах расчета [75, 108]. Для контроля качества выпускаемой продукции разработаны методы экспресс - контроля [90, 122].

Краткий обзор работ по термоэлектрической технике показывает, что накоплен достаточно большой теоретический и экспериментальный материал, позволяющий в настоящее время с достаточно высокой степенью точности проводить расчеты и проектирование ТЭУ различного назначения.

Однако проведенный обзор существующих устройств и методов охлаждения выявляет существенный недостаток - охлаждается корпус электронных компонентов, а не сам тепловыделяющий компонент. Кроме того совершенно не рассмотрены теплофизические свойства светодиодов. Все это подтверждает актуальность проводимого исследования.

1.2. Использование эффекта Пельтье для термоэлектрического

охлаждения

Термоэлектрическое охлаждение основано на использовании эффекта Пельтье, который состоит в том, что при прохождении электрического тока через цепь, составленную из разнородных проводников, в местах контактов (спаев) выделяется или поглощается некоторое количество тепла [56, 61]. Разнородность должна заключаться в различии величин энергии носителей тока в этих проводниках. Чем больше разность этих величин, тем сильнее проявляется эффект Пельтье и тем больше выделяется или поглощается тепла в местах контактов. Коэффициент, отражающий указанное качество различных проводников, называется коэффициентом Пельтье и обозначается обычно буквой «Я». Для определенной пары материалов выделение или поглощение тепла в единицу времени линейно зависит от силы тока, проходящего через места контактов:

(1.2.1)

где Q - теплота Пельтье;

П— коэффициент Пельтье;

I — сила тока.

На рис. 1.2.1 схематично проиллюстрирован физический смысл явления. На оси ординат отложена энергия электронов двух различных веществ: полупроводника и металла. Энергия электронов проводимости в электронном полупроводнике выше, чем в металле. Если под воздействием электрического поля электроны начнут двигаться из полупроводника в металл, то они будут переходить в состояние с более низкой энергией, отдавая избыточную энергию атомам кристаллической решетки. Эта энергия и является теплотой Пельтье [29].

При обратном направлении движения электроны, переходя на более высокий энергетический уровень, «отнимают» часть энергии от кристаллической решетки - тепло Пельтье поглощается.

Свободная зона

Уровень

щ Вещество А (металл)

-г__^ - -Л

Вещество В

(полупроводник)

Валентная зона

Рис. 1.2.1. Схема расположения энергетических уровней на контакте полупроводника с металлом.

В обоих случаях выделение или поглощение тепла происходит непосредственно вблизи контакта двух веществ, так как тепловое равновесие наступает в результате всего нескольких десятков соударений электрон-атом. На контакте дырочного полупроводника и металла имеет место обратное соотношение - электроны теряют энергию при переходе из металла в полупроводник, и при этом направлении тока выделяется теплота Пельтье; при обратном направлении тока теплота Пельтье поглощается [29].

Эффект Пельтье достигает максимального значения при использовании не металлов, а полупроводников. Для пары, составленной из электронного и дырочного веществ, у которых разница в энергетических уровнях особенно велика, процесс обмена энергии электрон-атом, сопровождающийся выделением или поглощением тепла, суммируется для разных носителей тока (электронов и дырок) [35].

Описанное явление обратимо. Если в той же цепи, составленной из тех же проводников, искусственно создать в месте контактов различные температуры, то между контактами возникнет разность потенциалов и по

цепи пойдет ток. Это явление было открыто Зеебеком в 1834 г. [56]. Возникающая термоэлектродвижущая сила (термо-ЭДС) пропорциональна созданной разности температур спаев

Е = а(Тг-Тх), (1.2.2)

где а - коэффициент термо-ЭДС ТЭ;

Тг, Тх - абсолютная температура «горячего» и «холодного» спаев.

Коэффициенты обоих эффектов (Пельтье и Зеебека) связаны простым соотношением

П = аТ, (1.2.3)

где Т - абсолютная температура спая.

Тепло Пельтье может быть, следовательно, определено через коэффициент Зеебека

Я = аТ1. (1.2.4)

В основе любого термоэлектрического охлаждающего прибора лежит элементарный ТЭ, представляющий собой соединенные последовательно две полупроводниковые ветви (рис. 1.2.2), одна из которых обладает электронной («), а другая дырочной (р) проводимостью.

При прохождении сквозь ТЭ постоянного электрического тока в направлении, указанном на рисунке, между коммутационными пластинами 1 и

2, осуществляющими спаи ТЭ, возникает „ п ~ ~ „ „„

^ Рис. 1.2.2. Элементарный ТЭ.

разность температур, обусловленная

выделением (на спае 1) и поглощением (на спае 2) теплоты Пельтье [26, 61].

Если при этом за счет теплоотвода температуру спая 1 поддерживать на постоянном уровне, температура спая 2 понизится до некоторого определенного значения. При заданном токе величина понижения температуры будет зависеть от тепловой нагрузки на нем. Эта нагрузка

2

складывается из теплопритока от окружающей среды, тепла от спая 1, обусловленного теплопроводностью образующих ТЭ ветвей, и теплоты Джоуля, выделяющейся в ветвях ТЭ при прохождении сквозь них тока.

Существенное влияние на работу ТЭ оказывает теплота Джоуля. Действительно, если поглощение теплоты Пельтье пропорционально первой степени силы тока, т.е.

(1.2.5)

-<2П =пи,

то выделение тепла в ТЭ благодаря эффекту Джоуля пропорционально квадрату силы тока:

+ 0дж=12Ы. (1.2.6)

Расчет показывает, что в первом

приближении около половины теплоты

Джоуля приходит на холодный спай ТЭ,

что соответственно уменьшает эффект

Рис. 1.2.3. Зависимость количества охлаждения. На рис. 1.2.3 приведена теплоты Джоуля (0,) и Пельтье

(СЬ), поступающей на холодный

зависимость тепла, приходящего на

спай от тока (/).

холодный спай ТЭ за счет эффекта

Джоуля (1) и отнимаемого от спая за счет эффекта Пельтье (2), от величины питающего ТЭ тока /.

Поскольку оба эффекта имеют место в одной электрической цепи, складывая их алгебраически, получаем результирующую кривую 3, которая характеризует тепловой баланс ТЭ при различных значениях питающего тока [36,51].

Кривая 3 имеет минимум, соответствующий оптимальному току 10пт, при котором имеет место максимальное понижение температуры на холодном спае ТЭ. Благодаря пологому минимуму кривой 3 максимальное охлаждение, создаваемое ТЭ, не очень резко зависит от изменения питающего тока. В реальных конструкциях термоохлаждающих приборов

изменение силы тока на ±10% от оптимального значения практически не сказывается на степени охлаждения.

Однако заметное превышение силы тока над оптимальным его значением приводит к уменьшению эффекта охлаждения за счет возрастания теплоты Джоуля. Дальнейшее увеличение силы тока может вызвать превалирование теплоты Джоуля над теплотой Пельтье, и охлаждение спая в этом случае перейдет в нагрев. Для нахождения величины оптимального тока напишем выражение для суммы теплот Джоуля и Пельтье, поступающих и поглощающихся на холодном спае ТЭ в единицу времени:

е = -Яи/ + ±/2Л, (1.2.7)

где Я])2 - коэффициент Пельтье ТЭ, состоящего из полупроводников 1 и 2; Я - сопротивление ТЭ, определенное длиной /, удельным сопротивлением рх и р2 и сечением и ветвей ТЭ, причем

Я = 1

Г \

£\+Рг V*. )

(1.2.8)

Дифференцируя (1.2.7) и приравняв производную нулю, находим, что достигает максимума при оптимальном токе

Я,

/

1,2

опт л , (1.2.9)

Я ' откуда

Г) ^

(1.2.10)

Из формулы (1.2.10) следует, что количество тепла, поглощенное на холодном спае ТЭ, или, как принято называть, его холодопроизводительность, обратно пропорциональна сопротивлению ветвей ТЭ.

Определим условия, при которых ТЭ создает максимальное понижение температуры.

Теплота, поглощаемая на холодном спае ТЭ, в стационарном состоянии должна быть равна тепловой нагрузке, которая складывается из теплопритока от горячих спаев ТЭ за счет теплопроводности полупроводников ()х и теплового притока на холодный спай из окружающей среды , т.е.

12 = 12х + 0о. (1.2.11)

Для простоты рассуждений будем считать, что холодный спай ТЭ теплоизолирован, т.е. (?0=0. Тогда

2 = =х(Т0-Т) (1.2.12)

или

б

Заключение диссертации по теме «Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения», Челушкина, Татьяна Алексеевна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе решения задач, поставленных в диссертационной работе, получены следующие основные результаты:

Разработаны различные тепловые схемы полупроводниковых ТЭУ для охлаждения тепловыделяющих компонентов на основе биметаллических электродов СБИС и со стационарным отводом тепла в виде излучения, позволяющие получить конкретные рекомендации по их использованию в МЭТ для различных условий эксплуатации.

Разработаны ММ биметаллических электродов СБИС для термоэлектрического охлаждения тепловыделяющих компонентов в МЭТ.

Разработаны ММ ТЭУ со стационарным отводом тепла в виде излучения.

Созданы методики, позволяющие разработчикам проводить целенаправленный выбор охлаждающих ТЭУ с импульсным питанием в зависимости от предъявляемых требований.

Доказана адекватность разработанных ММ экспериментальным путем, сопоставление экспериментальных и расчетных данных показало, что их расхождение не превысило допустимых значений.

На основе проведенных исследований разработаны принципиально новые типы охлаждающих ТЭУ для МЭТ.

Результаты диссертационной работы внедрены в производственный процесс и в учебный процесс вуза.

Получены патенты РФ «Способ отвода тепла от тепловыделяющих электронных компонентов в виде излучения» и «Способ оптимизации режимов работы термоэлектрической батареи с учетом геометрических и электротеплофизических параметров при импульсном питании», а также положительное решение на выдачу патента РФ «Способ охлаждения полупроводниковых тепловыделяющих электронных компонентов через биметаллические термоэлектрические электроды». Получены золотые медали на XIV Московском международном Салоне изобретений и инновационных технологий «АРХИМЕД - 2011» за разработку «Способ отвода тепла от тепловыделяющих электронных компонентов в виде излучения» (Россия, Москва, 05.04 - 08.04.2011 г.) и на XV Юбилейном международном Салоне изобретений и инновационных технологий «АРХИМЕД - 2012» за разработку «Способ охлаждения полупроводниковых тепловыделяющих электронных компонентов через биметаллические термоэлектрические электроды» (Россия, Москва, 20.03 -23.03.2012 г.).

Разработаны рекомендации для уменьшения тепловыделений компонентов ИС в МЭТ.

Совокупность результатов проведенных исследований позволяет использовать их в качестве научной основы в дальнейшем при разработке и создании ТЭУ для МЭТ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Челушкина, Татьяна Алексеевна, 2012 год

Литература

1. Патент № 2133560 РФ. Термоэлектрический интенсификатор теплопередачи преимущественно для отвода тепла от импульсных источников и элементов радиоэлектроники большой мощности/ Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М., Мамедов К.А.// Б.И. № 20, 1999.

2. Патент № 2136079 РФ. Термоэлектрический модуль/ Исмаилов Т.А., Цветков Ю.Н., Сулин А.Б., Аминов Т.ИМ Б.И. № 24, 1999.

3. Патент № 2156424 РФ. Термоэлектрический полупроводниковый теплообменник/ Исмаилов Т.А., Магомедов К.А., Гаджиева С.М., Мурадова МММ Б.И. № 26, 2000.

4. Патент №2161385 РФ. Устройство для термостабилизации элементов радиоэлектроники большой мощности/ Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Евдулов О.В., Юсуфов Ш.А.// Б.И. № 36, 2000.

5. Патент РФ №2156012. Устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов/ Каликанов В.М., Фомин Ю.А., Бартанов А.Б., Пузаков В.И.// 2000.

6. Патент № 2176421 РФ. Способ получения защитных пленок/ Исмаилов Т.А., Шахмаева А.Р., Саркаров Т.Э., Гаджиев Х.М.// Б.И. № 33, 2001.

7. Патент № 2180161 РФ. Устройство для термостабилизации элементов радиоэлектронной аппаратуры с высокими тепловыделениями/ Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Аминов Г.И., Юсуфов Ш.А.// Б.И. № 6, 2002.

8. Патент РФ №2193258. Устройство охлаждения полупроводниковых пластин/ Абрамов Г.В., Битюков В.К., Коваленко В.Б., Попов Г.В.// 2002.

9. Патент № 2199777 РФ. Устройство для термостабилизации нескольких объектов на разных температурных уровнях/ Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Евдулов О.В., Юсуфов Ш.А.// Б.И. № 6, 2003.

10. Патент № 2208830 РФ. Терморегулирующее устройство для обеспечения минимальных тепловых напряжений в режимах включения

и выключения ЭВМ/ Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д.// Б.И. № 20, 2003.

11. Патент № 2236096 РФ. Устройство для термостабилизации элементов радиоэлектронной аппаратуры большой мощности/ Исмаилов Т.А., Аминов Г.И., Евдулов О.В., Юсуфов Ш.А.// БИ № 25, 2004.

12. Патент № 2236098 РФ. Устройство для термостабилизации элементов РЭА с высоким уровнем тепловыделений/ Исмаилов Т.А., Аминов Г.И., Евдулов О.В., Юсуфов Ш.А.// БИ № 25, 2004.

13. Патент РФ №2229757. Устройство для нагрева и охлаждения радиоэлектронной аппаратуры / Таланин Ю.В., 2004.

14. Патент № 2256946 РФ. Термоэлектрическое устройство

терморегулирования компьютерного процессора с применением плавящегося вещества/ Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М., Нежведилов Т.Д., Гафуров К.АЛ Б.И. № 20, 2005.

15. Патент № 2288555 РФ. Термоэлектрический теплоотвод/ Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М., Нежведилов Т.Д., Гафуров К.А.// 2006.

16. Патент РФ №2273970. Охладитель силовых электронных модулей/ Саленко С.Д., Кураев A.A., Зорин В.Б., Колоколкин Ю.Г., Коссов B.C., Киржнер Д.Л.// 2006.

17. Патент РФ №2301510. Система охлаждения элементов радиоэлектронной аппаратуры/ Глушко В.М., Шубенцев A.B., Цыганюк C.B.// 2007.

18. Патент № 2335825 РФ. Термоэлектрическое устройство с высоким градиентом температур/ Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М.// Б.И. № 28, 2008.

19. Патент № 2352978 РФ. Устройство для термостабилизации компьютерного процессора с применением вакуумного диода/ Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М., Нежведилов Т.Д.// Б.И. № 11, 2009.

20. Патент № 2368877 РФ. Термостат с дискретными полупроводниковыми термоэлектрическими преобразователями/ Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М., Гафуров К.А.// Б.И. № 27, 2009.

21. Патент РФ №2405230. Способ отвода тепла от тепловыделяющих электронных компонентов в виде излучения/ Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М., Нежведилов Т.Д., Челушкина Т. АЛ Б.И. №33, 2010.

22. Патент РФ №2417356. Способ оптимизации режимов работы термоэлектрической батареи с учетом геометрических и электротеплофизических параметров при импульсном питании/ Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М., Нежведилов Т.Д., Челушкина Т.АЛ Б.И. №34, 2010.

23. Аксенов А.И., Глушкова Д.Н., Иванов В.И. Отвод тепла в полупроводниковых приборах. М.: Энергия, 1971.

24. Алексеев В.А., Чукин В.Ф., Митрошкина М.В.. Математическое моделирование тепловых режимов аппаратуры на ранних этапах ее разработки. - М.: Информатика - Машиностроение, изд. «Вираж -Центр», 1998.

25. Алексеев В.А., Чукин В.Ф., Шишанов A.B. Прогнозирование теплового режима бортовой радиоэлектронной аппаратуры // Сетевой Электронный научный журнал «Системотехника». 2004. №2.

26. Анатычук А.И., Семенюк В.А. Оптимальное управление свойствами термоэлектрических материалов и приборов, Черновцы: Прут, 1992.

27. Анатычук JI. И., Булат JI. П. Полупроводники в экстремальных температурных условиях. Санкт-Петербург: Наука, 2001.

28. Анатычук Л.И. Термоэлектричество. Т. 2. Термоэлектрические преобразователи энергии. - Киев, Черновцы: Институт термоэлектричества, 2003.

29. Анатычук Л.И. О физических моделях ТЭ // Термоэлектричество, №1, 2003.

30. Анатычук Л.И. Элементная база термоэлектричества // Доклады IX Межгосударственного семинара «Термоэлектрики и их применение», Санкт-Петербург, 2004.

31. Барыбин A.A., Сидоров В.Г. Физико-технологические основы электроники - Санкт-Петербург: Издательство «Лань»,2001.

32. Беляев К.В., Двинский A.C., Никулин Д.А., Стрелец М.Х. Программный комплекс для численного моделирования гидродинамики и тепломассопереноса в системах кондиционирования помещений и охлаждение электронной аппаратуры //Научно технические ведомости. 2004.

33. Берденников А. А., Котляров В. В., Шраер А. И. Регулирование теплообмена в системах охлаждения вспомогательного оборудования и радиоэлектронной аппаратуры// Системы управления и обработки информации: Науч.-техн.сб. ФГУП НПО АВРОРА. СПб, 2003. - Вып. 6.

34. Брусницын П.С., Кораблев В.А. Шарков A.B. Применение термоэлектрических элементов в системах охлаждения // Изв. Вузов. Приборостроение, 2000.

35. Булат Л.П. Термоэлектрическое охлаждение: состояние и перспективы // Холодильная техника. 1999, №5.

36. Булат Л.П., Ведерников М.В., Вялов и др. Термоэлектрическое охлаждение / Под ред. Булата Л.П. - СПб. СПбГУНи ПТ, 2002.

37. Булат Л.П., Ерофеева И.А., Возисов A.B. К расчету эффективности термоэлектрических преобразователей энергии // Доклады X Межгосударственного семинара «Термоэлектрики и их применение», Санкт-Петербург, 2006.

38. Вайнер А.Л. Расчет термоэлектрического охладителя с максимальной холодопроизводительностью // Тепловые режимы и охлаждение радиоэлектронной аппаратуры, 1994., №1-2.

39. Вайнер А.Л., Коломоец Н.В. Проектирование и испытание каскадных термобатарей // Тепловые режимы и охлаждение радиоэлектронной аппаратуры, 1994, №1-2.

40. Васильев Л.Л., Кулаков А.Г., Васильев Л.Л. мл., Рабецкий М.И., Антух A.A. Миниатюрные тепловые трубы для систем терморегулирования радиоэлектронной аппаратуры // Тезисы докладов и сообщений 5-го Минского Международного форума по тепло- и массообмену. Минск, 2004. Т.2.

41. Васильев Л.Л., Кулаков А.Г., Филатова О.С. Миниатюрные тепловые трубы для систем терморегулирования персональных компьютеров //

Сборник научных докладов XV Школы-семинара молодых ученных и специалистов «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках», 2005, т. 1.

42. Гаджиев Х.М., Зарат А.-К., Гафуров К.А. Применение термоэлектрических устройств в транспортных средствах// Вестник. -Махачкала: ДГТУ. 2000, № 4. - С. 10-12.

43. Гершберг И.А., Тахистов Ф.Ю. Определение условий эффективного применения термоэлектрических модулей для охлаждения тепловыделяющих объектов. Доклады X Межгосударственного семинара «Термоэлектрики и их применение», Санкт-Петербург, 2006.

44. Голощапов В.Н., Курская Н.М., Мацевитый Ю.М., Цаканян О.С. Интенсификация теплообмена в платах микросборок РЭА // Тепловые режимы и охлаждение радиоэлектронной аппаратуры, 1993, №2.

45. Драбкин И.А. Использование термоэлектрического охлаждения для электронных чипов // Доклады IX Межгосударственного семинара «Термоэлектрики и их применение», Санкт-Петербург, 2004.

46. Драбкин И.А., Ершова Л.Б. Сравнение различных подходов к оптимизации однокаскадных термоэлектрических модулей // Доклады X Межгосударственного семинара «Термоэлектрики и их применение», Санкт-Петербург, 2006.

47. Дробкин И.А. Переходные процессы в охлаждающих термоэлектрических модулях и устройствах. // Доклады VIII межгосударственного семинара «Термоэлектрики и их применение», 2002.

48. Дударев Ю.И. О влиянии коммутации на характеристики ТЭ // Доклады IX Межгосударственного семинара «Термоэлектрики и их применение», Санкт-Петербург, 2004.

49. Дударев Ю.И., Максимов М.З., Сабо Е.П., Хагба Г.С., Дударева С.Ю. Температурное поле термоэлектрических охлаждающих систем в двумерном нестационарном случае // Доклады VIII Межгосударственного семинара «Термоэлектрики и их применение», Санкт-Петербург, 2002.

50. Дульнев Г.И. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Высшая школа, 1984.

51. Дульнев Г.Н., Парфенов В.Г., Сигалов A.B. Методы расчета теплового режима приборов. М.: Радио и связь, 1990.

52. Дульнев Г.Н., Парфенов В.Г., Сигалов A.B. Применение ЭВМ для решения задач теплообмена в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Высш. шк., 1990.

53. Дульнев Г.Н., Тарновский H.H. Тепловые режимы электронной аппаратуры. Д.: Энергия, 1971.

54. Евдулов О.В. Охлаждение и термостабилизация электронной аппаратуры на основе термоэлектрических модулей // Известия вузов. Приборостроение, 2000, т. 43, №5.

55. Исакеев А.И., Киселев И.Г., Филатов В.В. Эффективные способы охлаждения силовых полупроводниковых приборов. Л.: Энергоиздат, 1982.

56. Исмаилов Т.А. Термоэлектрические полупроводниковые устройства и интенсификаторы теплопередачи. СПб.: Политехника, 2005.

57. Исмаилов Т.А., Аминов Г.И., Евдулов О.В., Юсуфов Ш.А. Приближенный расчет системы термостабилизации элементов радиоэлектронной аппаратуры проточного типа, основанной на применении рабочих веществ со стабильной температурой плавления // Известия вузов России. Радиоэлектроника, 2003.

58. Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Юсуфов Ш.А., Аминов Г.И., Термостабилизирующие устройства для радиоэлектронной аппаратуры // Вестник Международной академии холода, № 3, 2002.

59. Исмаилов Т.А., Магомедов К.А., Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М. Повышение эффективности термоэлектрических интенсификаторов охлаждения радиоэлектронной аппаратуры // Известия Вузов. Приборостроение, 1997, №9.

60. Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Шахмаева А.Р. Технология многослойной металлизации обратной стороны кремниевых транзисторных структур // Изв. вузов. Приборостроение, 1999, т.42, № 1.С. 64-66.

61. Исмаилов Т.А., Аминов М.С., Гаджиев Х.М. Термоэлектрические устройства для теплоотвода и термостатирования радиоэлектронных систем// Монография. Махачкала: ИПЦ ДГТУ, 2000, 280 с.

62. Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Махмудова М.М., Евдулов Д.В. Исследование системы охлаждения элементов радиоэлектронной аппаратуры, работающих в режиме повторно-кратковременных тепловыделений // Известия вузов России. Радиоэлектроника. - 2008. -№5. - С.54-60.

63. Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Евдулов Д.В. Расчет теплового поля и поля термомеханических напряжений сильноточного ТЭ слоистой конструкции // Вестник Международной академии холода. - 2008. -№4. - С.12-15.

64. Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Вердиев М.Г., Евдулов Д.В.. Повышение термомеханической эффективности сильноточных термоэлектрических элементов // Проблемы ресурса и безопасности эксплуатации материалов и конструкций. Материалы XIV Международной НТК. -Санкт-Петербург: СПбГУНиПТ. - 2008. - С.97-100.

65. Кальнин И.М., Фадеков К.Н. Оценка эффективности термодинамики циклов парокомпрессионных холодильных машин и тепловых насосов // Холодильная техника, №3, 2006.

66. Краус А.Д. Охлаждение электронного оборудования. М.: Энергия, 1971.

67. Лукишкер Э.М., Вайнер А.Л., Сомкин М.Н., Володагин В.Ю. Термоэлектрические охладители. М.: Радио и связь, 1986.

68. Лыков A.B. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967.

69. Марков О.И., Мыдников O.A. Численное моделирование ТЭ // Доклады VIII межгосударственного семинара «Термоэлектрики и их применение», 2002.

70. Мотовиловец И.А., Киричек И.Ф., Новикова A.M., Володагин В.Ю., Гидалевич Л.Б. Расчет термомеханического напряжения в трубчатых термоэлектрических охлаждающих устройствах // Вопросы радиоэлектроники. Серия ТРТО, 1984.

71. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отделение, 1991.

72. Павлов Б.Н., Петров Е.Е. Численная реализация фронтовой модели промерзания водонасыщенных сред с учетом зависимости температуры фазового перехода от давления и концентрации // Инженерно-физический журнал. 1999. т. 72, №1.

73. Парахин А.С., Налетов В.Л. Расчет и исследование термоэлектрических охладителей. Курган: КГУ, 2001.

74. Пехович А.И., Жидких В.М. Расчеты теплового режима твердых тел. Л.: Энергия, 1976.

75. Пилипенко Н. В., Гладских Д. А. Решение прямых и обратных задач теплопроводности на основе дифференциально - разностных моделей // Изв. вузов. Приборостроение, т. 50, № 3, 2007.

76. Поздняков Б.С., Коктейлев Е.А. Термоэлектрическая энергетика. М.: Атомиздат, 1974.

77. Пригожин И., Кондепуди Д. Современная термодинамика / От тепловых двигателей до диссипативных структур. // Пер с англ. Данилова Ю.А. и Белого В.В. М.: Мир. 2002.

78. Роткоп Л.Л., Спокойный Ю.Е. Обеспечение тепловых режимов при конструировании радиоэлектронной аппаратуры. М.: Сов. радио, 1976.

79. Семенюк В.А. Термоэлектрическое охлаждение: проблемы и перспективы // Вестник МАХ, 1999.

80. Соколов А.К. Температурное поле двухслойного цилиндра с объемными источниками теплоты и подвижными границами //Инженерно-физический журнал. 1999. том 72, №1.

81. Сушко В. Ю. , Кораблев В. А., Шарков А. В. Метод выбора параметров многослойной защиты электронного устройства от мощного теплового воздействия // Изв. вузов. Приборостроение. 2006. т. 49, № 3.

82. Тахистов Ф. Ю. Методика расчета термоэлектрического термостата с неизотермической камерой // Изв. вузов. Приборостроение. 2007. т. 50, № 1.

83. Тереков А. Я. Исследование термических напряжений в защитном чехле термобатареи // Доклады IX Межгосударственного семинара «Термоэлектрики и их применение», Санкт-Петербург, 2004.

84. Туник А.Т. Охлаждение радиоэлектронной аппаратуры жидкими диэлектриками. М.: Сов. радио, 1973.

85. Тюков Н.И., Акимов И.А., Акимов А.И. Методология проектирования и автоматизации теплофизических процессов // Уфа: Редакционно-издательский центр Башгосуниверситета, 2001.

86. Цветков О.Б., Лаптев Ю.А. Глобальные проблемы холодильной техники // Вестник международной академии холода. 2007, №1.

87. Челушкина Т.А. Термоэлектрическое устройство со стационарным

отводом тепла в виде излучения.// Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки, 2010. №18.

88. Шарков А.В., Тахистов Ф.Ю., Кораблев В.А. Прикладная физика. Термоэлектрические модули и устройства на их основе. Учебное пособие // Под ред. проф. А. В. Шаркова. - СПб: СПбГИТМО (ТУ), 2003.

89. Ши Д. Численные методы в задачах теплообмена. Пер. с англ. М.: Мир, 1988.

90. Ярышев Н. А. Регуляризация температурных полей в экстремальных условиях теплообмена// Изв. вузов. Приборостроение. 2006. Т. 49, № 12.

91. Blank Irene. Cooling devices including fans, blowers, heat sinks and air conditioners // Electron. Compon. News, 1994, №8.

92. Chen Y.-M., Wu S.-C., Chu C.-I. Thermol Performance of sintereb miniature heart pipers // heat and Mass Transfer. 2001.

93. Edry I., Dashevsky Z., Drabkin I., Darel M.P. Calculation of Temperature Profile and Power Performance of Thermoelectric Energy Materials. Proceedings of 2nd European Conference on Thermoelectrics. Poland, Krakow, 2000.

94. Enclosure cooling units // Electron. Compon. News, 1995, №8.

95. Grommol B. Micro cooling sistems for high density packaging // IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies. 2000. Vol.23, №1.

96. Olachea Gil. Managing heat: A focus on power 1С packaging // Electron. Packag. and Prod, 1994, №11.

97. Poulton Ken, Knudsen Knud L, Corcoran John J., Wang Keh-Chung, Pierson Richard L., Nubling Randall В., Chang Man-Chung. Thermal design and simulation of bipolar integrated circuits // IEEE J. Solid - State Circuits, 1992, №10.

98. Rujano J.R., Cardenas R., Rahmad M.M., Moreno W.A. Development of a termal management solution for a ruggedized Pentium based notebook computer // InterSociety Conference on Termal Phenomena. 1998.

99. Snarskii A.A., Bulat L.P. Anisotropic Thermoelements. Thermoelectric Handbook, Macro to Nano. Ed. by D.M.Rowe, CRC, 2006.

100. Sridhar S., Bhadath Shrikar, Joshi Y. Reviewing today is cooling techniques: The established methods of heat removal are most effective when coupied with the use analysis tools // Electron. Packag. and Prod., 1994, №5.

101. Surface mount heat sink // Electron. Packad. and Prod., 1994, №12.

102.Tardiff David W., Dore-North Lyne. Thermal modeling speeds up design // Electron. Packag. and Prod., 1994, №9.

103.Toth J., DeHoff R. and Grubb K. Heat pipes: The silent way to manage desktop thermal problems // InterSociety Conference on Termal Phenomena. 1998.

104. Ward Arthur. Providing cooling in tight spaces // Des. News., 1995, №2.

105. http://www.aavidthermalloy.com.

106. http://www.eletex.ru.

107. http://www.komatsu_electronics.co.jp.

108. http://www.kryotherm.ru.

109. http://www.marlow.com.

110. http://www.melcor.com.

111. http://www.osterm.ru.

112. http://www.sunon.com.tw.

113. http://www.thermaltake.com.

114. http://www.zalman.co.kr.

115. http://www.alutronic.de.

116. http://www.fandis_tm.com.

117. http://www.ferrotec.com.

118. http://www.titan_cd.com.

119. http://www.evercool.com.tw.

120. http://www.thermaflo.com.

121. http://www.heat_sink.com.tw.

122. http://www.ligra.narod.ru.

123. http://www.rmtltd.ru.