Экспериментальные исследования термоэлектрических устройств

Внедрение: 2011 г.

Экспериментальный стенд для исследования термоэлектрических устройств (ТЭУ) с применением модуля E14-440 был описан в диссертации «Термоэлектрические устройства для охлаждения и термостатирования микроэлектронной техники» [1] (рисунок 1).

Рисунок 1. Схема экспериментального стенда для испытания охлаждающих ТЭУ: 1 – контейнер со льдом при температуре 0ºC; 2 – исследуемые образцы; 3 – имитатор тепловых нагрузок; 4 – медь-константановая термопара; 5 – управляемый блок питания; 6, 7, 8 – аналоговый интерфейс; 9 – Преобразователь измерительный E14-440; 10 – ПЭВМ.

Примечание от L-Card: для согласования диапазона измерения напряжения E14-440 с выходным диапазоном напряжения термопары обычно применяют предусилитель.

В ходе эксперимента определялись напряжения и ток на охлаждающем ТЭУ, температура окружающей среды, температуры на биметаллических контактах, температура на холодных спаях излучающих ТЭУ. В результате проведения эксперимента установлено, что образцы охлаждающих биметаллических электродов в СБИС позволяют для различных сочетаний металлов в спае получить следующий температурный график (рисунок 2).
  

Рисунок 2. Температурный график работы биметаллических электродов в СБИС для различных металлов (спай алюминия с: 1 – золотом; 2 – серебром; 3 – железом; 4 – медью).

Рисунок 3. Сравнение расчетных и экспериментальных температурных зависимостей работы излучающих ТЭУ различного светового диапазона: 1 - обычный ТЭУ; 2 – излучающий ТЭУ в красном диапазоне; 3 - излучающий ТЭУ в желтом диапазоне; 4 –излучающий ТЭУ в зеленом диапазоне; 5 - излучающий ТЭУ в ультрафиолетовом диапазоне.

В результате экспериментальных исследований ТЭУ с отводом тепла в виде излучения для термоэлектрического охлаждения тепловыделяющих компонентов МЭТ в диссертации [1] сделан вывод о целесообразности охлаждать нагретый кристалл полупроводникового прибора при помощи излучения, причем мощность охлаждения прямо пропорциональна частоте излучения (рисунок 3). Таким образом, применение оптических матриц в виде светодиодных матриц ультрафиолетового диапазона позволяет изготовить высокоэффективные, малоинерционные системы охлаждения для микроэлектроники. Кроме того, частично можно рекуперировать световое излучение обратно в электроэнергию при помощи солнечных батарей (до 30 %).

Рисунок 4. Опытный образец излучающего ТЭУ для охлаждения мощного полупроводникового транзистора.

Рисунок 5. Опытный образец излучающего ТЭУ для охлаждения мощной СБИС.

Источник:
Челушкина Т.А. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук «Термоэлектрические устройства для охлаждения и термостатирования микроэлектронной техники». – Махачкала. – 2011. – 18 с.

Разработчик: Челушкина Татьяна Алексеевна (ГОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет»)