ノートパソコンで一生懸命作業しているときに、冷却ファンが作動したことはありませんか?突然、目の前のテーブルで小さな飛行機が離陸するような音が聞こえます。誤って熱い電球に触れて指を火傷してしまったことはありませんか?
どちらの例でも、エンジニアはこれらの熱発生システムによって生成される熱エネルギーを管理するための革新的なツールを開発しました。電子機器の冷却の基礎を説明し、私たちが当たり前だと思っている現代の熱管理システムを見直します。
電子機器はなぜ熱くなるのでしょうか?
驚くべきことに、一生懸命働くコンピューターと電球が熱くなる理由、そしてあらゆる電子機器が熱くなる理由は、電気抵抗によるものです。電気抵抗は、電荷の不均衡の結果として電子が物質内を移動するときに発生します。これらの電子が物質内を移動すると、移動する電子と物質の（通常は）結晶構造との間に摩擦が生じます。この大きな摩擦により過剰な熱が発生し、二次的な冷却方法が必要になることがよくあります。
現代の電子機器において、最も高い熱エネルギーを生成する部品は、半導体材料を使用して製造される LED と 処理装置 （GPU、CPU、TPUなど）です。次のような電圧変更デバイスでも高い熱エネルギーが発生します。
CPUの発熱と、これらのチップの温度を制御するシステムにより、ラップトップの動作中にファン冷却システムが起動して動作します。
電子機器におけるパッシブ冷却
基本的に、電子機器の冷却技術は、パッシブ冷却とアクティブ冷却の2つのカテゴリに分けられます。
- パッシブ冷却は、自然な伝導、対流、放射を利用してコンポーネントを冷却します。
- アクティブ冷却では、コンポーネントの冷却専用のエネルギーを使用する必要があります。
これら2つの冷却カテゴリーの最近の例の1つは、 ヒートシンク ヒートスプレッダーの設計は、どちらも基本的な熱伝達原理を活用しています。
例えば、 NVIDIAジェットソンナノ 開発ボードにヒートシンクが取り付けられた状態で箱から出してすぐに使用できます。このファンフィンヒートシンクは、GPUからエネルギーを十分に放散し、開発ボードが正常に動作できるようにします。下のNVIDIA Jetson Nano画像にある大きな黒いヒートシンクに注目してください。
ヒートシンクは最もシンプルで一般的なものの1つです 熱管理アクセサリ。これらのコンポーネントは、熱エネルギーを熱源から熱伝導性材料を通して周囲の環境に効果的に移動させます。ほとんどのヒートシンク アプリケーションはパッシブであり、自然な熱伝達原理を利用しています。
電子機器のアクティブ冷却
上の画像では、ヒートシンクの上部の水平面に4つの貫通穴があることに注目してください。ヒートシンクに追加の熱冷却機能が必要な場合は、これらの4つの穴を使用して冷却ファンを取り付けることができます。追加する 適切なサイズ このヒートシンクにファンを取り付けると、コンポーネント全体に空気が流れ、熱伝達が向上します。熱いお茶に息を吹きかけて冷ますようなものだと考えてください。
ただし、ファンには電力が必要なので、この熱管理システムはアクティブな冷却システムになります。次のような大量の熱エネルギーを生成するデバイスでは、アクティブ冷却テクノロジーが活用されています。
- コンピューター
- ゲーム機器
- テレビ
- 自動車
- ほぼすべての高度なコンピュータアプリケーション
詳細はこちら モバイルデバイス向けの熱管理オプション。
その他の一般的な電子機器冷却ソリューション
その他の一般的な形態 熱管理 現代の電子機器には ヒートパイプ そしてベイパーチャンバー。これらの熱管理コンポーネントは、スペースが限られていて発熱が著しい、パソコン、タブレット、その他のコンピューティング集約型デバイスに使用されています。
ヒートパイプと蒸気チャンバーは密閉された蒸発と凝縮のサイクルを利用します。これは二次エネルギーを必要とせず、受動的な冷却技術と考えられています。詳細については、ヒートパイプ設計の基礎について学んでください。
下の画像では、CPUヒートスプレッダーから水平フィン付きヒートシンクにエネルギーを移動する6本のヒートパイプのシリーズを見ることができます。
最後に、サーマルグリースは、アクティブ冷却設計とパッシブ冷却設計の両方で非常に一般的です。
サーマルグリース 技術は、固体熱伝達アクセサリ間の熱インターフェースとして機能します。最も一般的な用途は、ICのヒートスプレッダーとチップを冷却するヒートシンクの間です。下の画像では、サーマルグリースがチップ パッケージに直接塗布されていることがわかります。次に、ヒートシンクまたはベイパーチャンバーをグリースの上に配置します。
高度な電子機器冷却技術
電子機器の冷却には、他にもさまざまな斬新で先進的な形式がありますが、そのほとんどは一般的な電子機器ではあまり見られません。これらには以下が含まれます:
- 特殊なCPU搭載ヒートスプレッダーを通じて冷却された液体を送り込む液体冷却装置。
- 3MのNovec™ Engineered Fluidsなどの液体ソリューションは、コンピューター アセンブリ全体を浸漬できるように設計されています。
これらの流体は導電性はありませんが、優れた熱伝達能力があり、エクストリーム コンピューティング アプリケーションでのみ使用されます。
熱管理アクセサリを購入するには、Arrow.comにほぼすべての電子機器設計に必要なリソースがすべて揃っています。また、 ヒートパイプ または ヒートシンク の注文パラメータと設計について詳しく学び、これらの熱管理デバイスを今すぐ製品に設計する際に役立てることもできます。
