Stoompijp houdt elektronica koel
Het koelen van elektronica speelt een steeds grotere rol binnen het
ontwerpproces van elektronische apparaten, zoals mobiele telefoons,
spelcomputers en laptops. Promovendus Wessel Wits van de Universiteit
Twente ontwikkelde 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.
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.
Schematisch overzicht van luchtkoeling direct geïnjecteerd vanaf de
onderkant.
Schematisch overzicht van luchtkoeling direct geïnjecteerd vanaf de
onderkant.
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.
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.
Universiteit Twente