Термоэлектрические устройства и оборудование для обеспечения тепловых режимов вычислительной техники

• Автор: Штерн, Максим Юрьевич
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 208 с. : ил.

Введение
Глава 1. Актуальность и проблемы использования термоэлектрических систем для обеспечения тепловых режимов вычислительной техники

1.1. Тенденции развития и проблемы теплообмена вычислительной техники

1.2. Современные способы и устройства для обеспечения тепловых режимов вычислительной техники
1.3. Актуальность применения термоэлектрических систем для обеспечения тепловых режимов вычислительной техники

1.4. Проблемы повышения эффективности термоэлектрических систем охлаждения

1.4.1. Низкотемпературные термоэлектрические материалы и перспективы развития термоэлектрического материаловедения

1.4.2. Оптимизация конструкции и технологии термоэлектрических устройств

1.4.3. Проблемы электрического питания термоэлектрических устройств

1.4.4. Методики исследования функциональных и эксплуатационных характеристик термоэлектрических устройств и оборудования

1.5. Выводы по главе

Глава 2. Разработка термоэлектрических систем для обеспечения тепловых режимов вычислительной техники
2.1. Разработка структурных схем и конструкций термоэлектрических систем для обеспечения теплообмена в вычислительной технике
2.1.1. Разработка термоэлектрических устройств для локального охлаждения электронных компонентов компьютера
2.1.2. Разработка автономных термоэлектрических систем
2.1.3. Разработка термоэлектрических систем с высокой холодопроизводительностью
2.1.4. Моделирование и разработка конструкции термоэлектрических блоков
2.2. Усовершенствование конструкции термоэлектрических блоков
2.3. Разработка аппаратнопрограммных средств для регулирования и стабилизации температуры
2.3.1. Разработка математических моделей и исследование микропроцессорных систем управления и стабилизации температуры
2.3.2. Разработка программного обеспечение для микропроцессорных систем управления термоэлектрическими устройствами
2.4. Выводы по главе 2
Глава 3. Разработка технологии герметизации и исследование термоэлектрических модулей
3.1. Выбор и исследование материалов для герметизации термоэлектрических модулей
3.2. Математическое моделирование влияния герметизации на основные параметры термоэлектрических модулей
3.3. Разработка технологии герметизации термоэлектрических модулей
3.4. Исследование герметичных термоэлектрических модулей
3.5. Методика испытаний термоэлектрических модулей с двойной герметизацией на надежность
3.6. Выводы по главе 3
Глава 4. Моделирование и исследование влияния режимов и параметров питания на характеристики элементов Пельтье
4.1. Математическое моделирование влияния пульсаций в электрическом токе на основные параметры элементов Пельтье.
4.2. Моделирование влияния пульсаций тока на холодопроизводительность термоэлемента при работе его от источника тока
4.3. Моделирование влияния пульсаций тока на разность температур термоэлемента при работе его от источника тока
4.4. Моделирование влияния пульсаций напряжения на холодопроизво
дительность термоэлемента при работе его от источника напряжения
4.5. Моделирование влияния пульсаций напряжения на разность температур термоэлемента при работе его от источника напряжения
4.6. Разработка методики и исследование влияния пульсаций электропитания на параметры термоэлектрических модулей
4.7. Выводы по главе 4
Глава 5. Разработка методик, измерительных комплексов и исследование термоэлектрических устройств и оборудования
5.1. Разработка методики и программнореконфигурируемого измерительного комплекса для исследования тепло и электрофизических параметров термоэлектрических устройств
5.2. Разработка стенда для исследования теплообменников горячих спаев термоэлектрических устройств
5.3. Измерительный комплекс для исследования средств измерения температуры и термического оборудования
5.4. Результаты исследований термоэлектрических устройств и оборудования, разработанных для обеспечения тепловых режимов вычислительной техники
5.4.1. Исследование ТОУ для локального охлаждения электронных компонентов компьютера
5.4.2. Исследование автономной термоэлектрической системы
5.4.3. Исследование термоэлектрической установки с высокой холодопроизводитсльностью
5.5. Выводы по главе 5
Основные результаты и выводы
Список использованных источников


Результаты исследований разработанных термоэлектрических устройств и оборудования, которые доказывают эффективность применения ТОУ для обеспечения оптимальных температурных режимов вычислительной техники. ТЭМ. Математические модели для расчета влияния герметизации на основные характеристики ТЭМ. Результаты комплексных теоретических и экспериментальных исследований влияния режимов и параметров питания на основные характеристики ТЭМ, определяющие критерии проектирования источников питания для ТОУ. Эффективное термоэлектрическое оборудование для обеспечения тепловых режимов вычислительной техники различной производительности, аппаратнопрограммные средства для систем мониторинга и управления температурными процессами и реконфигурируемых измерительных комплексов. Глава 1. Важнейшей задачей эффективного применения изделий электронной техники является обеспечение тепловых режимов электронных компонентов. Особенно это актуально для вычислительной техники, где производительность компьютеров в значительной мере зависит от температуры электронных компонентов, основу которых, как и в электронной технике в целом, составляют интегральные схемы ИС. Современные ИС состоят из миллиардов полупроводниковых транзисторов, которые во время работы выделяют тепло. Значительная часть электрической энергии, подаваемой на ИС, преобразуется в тепловую энергию. С каждым днм технологии ИС, в том числе процессоров основных компонентов вычислительной техники, совершенствуется. Кроме частотных характеристик и, соответственно, повышения производительности, к процессорам предъявляются дополнительные требования они должны иметь небольшие размеры, потреблять меньше электрической мощности, а значит и меньше выделять тепла. Однако увеличение интеграции полупроводниковых элементов в микросхеме приводит к увеличению плотности тепловых потоков на единицу поверхности, а уменьшение размеров кристаллов ИС снижает возможность эффективного отвода тепла. Б процессе работы в ИС, помимо электрических явлений, происходит и большое количество электрохимических реакций, протекание которых во многом зависит от температуры. С течением времени они могут не только затруднить корректное функционирование ИС, но и привести к их полному отказу. Наиболее существенные по своему негативному воздействию электрохимические процессы это электрохимическое разрушение металлизации электромиграция и деградация оксида, интенсивность которых увеличивается при повышении температуры. Значительный прогресс в области конструирования вычислительных систем с высокой производительностью требует создания эффективного теплообмена для электронных компонентов, в том числе процессоров с повышенной степенью интеграции и все более высокой тактовой частотой. Это, в свою очередь, повышает требования, накладываемые на подсистемы охлаждения в части производительности и точности поддержания температуры. В связи с этим устройства охлаждения становятся необходимой и важной частью современных компьютеров. ТЭС являются наиболее перспективными для обеспечения тепловых режимов вычислительной техники. В последние годы термоэлектричество становится одной из наиболее активно развивающихся областей электроники. Преимущества, а также широкая сфера применения термоэлектрического способа регулирования и стабилизации температуры, привлекают к нему все больший интерес. Среднегодовой прирост мирового производства термоэлектрических модулей ТЭМ, основных элементов термоэлектрических систем, составляет 1, 2. В данной работе термоэлектрическое оборудование, рассматривается нами, как термоэлектрическая система. Элементарными ячейками системы являются термоэлементы, из которых состоит ТЭМ основной элемент конструкции любой термоэлектрической системы. На базе ТЭМ с использованием тепловыравнивающих пластин строятся однокаскадные или многокаскадные термоэлектрические блоки. В состав ТОУ входят ТБ теплопроводы теплообменники устройства, обеспечивающие циркуляцию теплоносителя вентиляторы, насосы датчики температуры теплоизоляция. И, наконец, ТЭС объединяет в себе ТОУ, источник питания, средства измерения температуры и микропроцессорную систему управления.