Warmtebeheer
speelt een steeds groter wordende rol binnen het ontwerpprocess van
elektronische producten. De afmetingen van de elektronische componenten
worden kleiner, terwijl de prestaties en functionele eisen stijgen. Dit
resulteert in meer warmte dissipatie op een steeds kleiner wordend
oppervlak.
Om deze groeiende warmteproblematiek te beheersen zoekt de industrie
voortdurend naar koeltechnieken met verbeterde prestaties. Maar, omdat
de thermische aspecten traditioneel pas aan het einde van het
ontwerpproces aan bod komen, worden de toegepaste oplossingen om te
koelen vaak simpelweg op het product gemonteerd. Hierdoor wordt de
omvang van koelapparatuur van elektronica, vergeleken met de
elektronische component die hij dient te koelen, steeds groter.
Promovendus Wessel Wits van de
Universiteit Twente ontwikkelde twee
innovatieve concepten voor het koelen van elektronische apparaten.
De
elektronische onderdelen op printplaten van elektrische apparaten
worden steeds kleiner, terwijl de prestaties steeds beter (moeten)
worden. Dit resulteert in meer warmte op een steeds kleiner oppervlak.
Bij het koelen van de elektronica loopt de industrie momenteel tegen
twee problemen aan: de onderdelen op een printplaat zitten zo dicht op
elkaar dat er nauwelijks ruimte over blijft om de onderdelen
afzonderlijk te koelen en de onderdelen zelf geven zoveel
geconcentreerde warmte af, dat de koelcapaciteit niet sterk genoeg is
om deze onderdelen te koelen. Wits zocht naar oplossingen om deze twee
problemen op te lossen. Hij ontwikkelde, in samenwerking met Thales
Nederland, een bedrijf dat zich specialiseert in het ontwikkelen van
radarsystemen, twee nieuwe concepten. Het eerste concept maakt gebruikt
van koeling met behulp van lucht, het andere maakt gebruik van een
gesloten verdampingssysteem.
Luchtkoeling
Het eerste concept –
directly
injected cooling – is gebaseerd op luchtkoeling.
Aan de
onderkant van de printplaat worden onder de elektronische onderdelen
kleine openingen gemaakt. Deze ‘instroomopeningen’
koelen de onderdelen direct vanaf de onderkant. Het grote voordeel van
dit concept is dat het veel onderdelen kan koelen, zowel onafhankelijk
van elkaar als tegelijkertijd.
- directly
injected cooling
Gesloten
verdampingssysteem
Het
tweede concept –
integrated
heat pipe cooling –
maakt gebruik van de verdamping van vloeistof in een gesloten systeem.
Deze vloeistof bevindt zich in de zogenaamde ‘heat
pipe’, een bekend principe, maar nog nooit eerder volledig
geïntegreerd is in de printplaat. Op de plek waar de warmte
ontstaat, verdampt de vloeistof uit een capillaire structuur. De
verdamping onttrekt plaatselijk warmte uit de omgeving. De damp beweegt
zich vervolgens door de ‘heat pipe’ en condenseert
op enige afstand van het te koelen elektrische onderdeel. Hier wordt de
latente warmte weer omgezet in voelbare warmte. Dit concept blinkt uit
doordat het met een hoge efficiëntie warmte kan transporteren
zonder pomp of een andere externe energie bron.
Schematisch overzicht van het
geïntegreerde tweefasen warmtetransportmechanisme.
Beide
concepten laten, vergeleken met de huidige koelsystemen,
veelbelovende resultaten zien: goede thermische prestaties en grote
flexibiliteit. De concepten leiden ook tot een lichter en compacter
elektronisch product. Om deze concepten in de huidige printplaten te
integreren hoeven geen nieuwe productietechnieken ontwikkeld te worden.
Hierdoor is tijdwinst tijdens de productie te behalen en zijn er veel
kosten te besparen.
Promovendus Wessel Wits van de Universiteit Twente ontwikkelde deze
twee
innovatieve concepten voor het koelen van elektronische apparaten. Op
beide concepten is een octrooi aangevraagd. Wits promoveert op 4
december aan de faculteit Construerende Technische
Wetenschappen.
Bron:
Universiteit Twente www.utwente.nl;
