Refrigeración en espacios confinados: cómo los dispositivos miniatura modernos mantienen una temperatura controlada.

1. El desafío térmico de la era de la miniaturización
2. Refrigeración por aire a microescala: Más que un pequeño ventilador
3. Refrigeración líquida a escala miniatura: Eliminación de calor selectiva donde más importa
4.MEJOR: Un proveedor integral para la gestión térmica en miniatura
5. Conclusión

El desafío térmico de la era de la miniaturización
Los dispositivos electrónicos se están reduciendo de tamaño. Hay algo que la última generación de gadgets de consumo tiene en común: todos poseen una enorme capacidad de procesamiento y son capaces de realizar tareas que hace tan solo unos años eran impensables, como relojes inteligentes, gafas de realidad virtual y portátiles ultrafinos.
El calor no disminuye con el dispositivo. Cuando el consumo de energía es el mismo, un chip pequeño a altas velocidades de reloj produce la misma carga térmica que un chip grande a velocidades de reloj más bajas, pero está limitado por una superficie mucho menor para disipar el calor. El resultado es un problema de densidad de potencia: los vatios por centímetro cuadrado aumentan constantemente, mientras que el espacio físico para alojarlos se mantiene constante o disminuye.
Los métodos tradicionales para controlar la gestión térmica no se adaptan fácilmente a esta nueva situación. Un disipador de calor grande no es viable ni asequible en unas gafas de realidad virtual. Un ventilador voluminoso no encaja en un monitor de actividad física. Limitar el rendimiento del dispositivo para controlar el calor no es una solución aceptable para los usuarios que lo adquirieron precisamente por su rendimiento.
La pregunta que se plantean ahora los ingenieros térmicos que desarrollan la próxima generación de electrónica miniaturizada es cómo eliminar el calor de forma eficiente, silenciosa y fiable de un espacio donde apenas hay sitio para hacerlo.
MEJOR Ha estado trabajando en soluciones para esa misma cuestión. MEJORLa competencia de [nombre de la empresa] en tecnología piezoeléctrica y MEMS se relaciona específicamente con el campo de la gestión térmica y es la razón por la que ha desarrollado una cartera de productos adaptada a los desafíos térmicos actuales que presentan los dispositivos modernos. Este blog presentará dos tecnologías principales: una de refrigeración por aire basada en un microventilador piezoeléctrico silencioso y otra de refrigeración líquida basada en una microbomba de líquido metálica. Ambas deben analizarse en profundidad.

Refrigeración por aire a microescala: Más que un pequeño ventilador
El principio de funcionamiento de la refrigeración por aire es muy sencillo. Al hacer circular aire sobre una superficie caliente, el calor se transfiere de la superficie al aire en movimiento, que lo disipa. Cuanto mayor sea la velocidad del aire y la superficie de contacto, mayor será la cantidad de calor que se puede eliminar por unidad de tiempo. Este proceso se conoce como refrigeración por convección y ha sido el método más utilizado para la refrigeración de dispositivos electrónicos durante décadas.
La refrigeración por aire está bien desarrollada y se comprende a escala macro, es decir, a nivel de ordenador de sobremesa, rack de servidores o equipo industrial.
Los microventiladores no duran mucho en este lugar debido a varios motivos. Tienen piezas giratorias (rodamientos) que se desgastan con el tiempo, lo que provoca vibraciones. Su grosor mínimo viene determinado por la geometría del motor y las aspas. Utilizan una fuente de energía derivada de una batería, y su eficiencia está directamente relacionada con el tiempo de funcionamiento.
MEJOR's ventilador micro piezoeléctrico es tan silencioso y el ventilador es lo suficientemente silencioso como para permitir que la gente lea y hable cerca. En lugar de un motor giratorio que hace girar un conjunto de aspas, utilizan la actuación piezoeléctrica para impulsar el flujo de aire. Ciertos materiales cerámicos tienen una propiedad piezoeléctrica, es decir, cambian de forma con una corriente eléctrica aplicada, y MEJOR Posee un amplio conocimiento sobre la fabricación de dichos materiales con la precisión necesaria para aplicaciones de actuadores.
Las implicaciones físicas de esta solución son significativas para los diseñadores de dispositivos. Dado que el ventilador no contiene piezas móviles, no se desgasta. Por lo tanto, debería seguir funcionando incluso después de años de uso continuo. La vibración se reduce prácticamente a cero, lo cual es importante para dispositivos que contienen sensores de precisión, componentes ópticos o sistemas de retroalimentación háptica, los cuales serían sensibles al ruido mecánico que se produce en la estructura.
El ventilador silencioso de refrigeración piezoeléctrica micro cumple con el perfil de rendimiento térmico requerido para dispositivos mini. El ventilador proporciona un buen flujo por volumen, lo que genera un importante efecto de refrigeración por convección con un factor de forma aceptable para el diseñador térmico. Su tiempo de respuesta es de milisegundos, lo cual es crucial para dispositivos con picos de demanda computacional elevados.
Las dimensiones extremadamente delgadas de la MEJOR Los ventiladores piezoeléctricos no solo ofrecen ventajas, sino que, en ocasiones, determinan si se puede lograr o no una refrigeración activa en el diseño de un dispositivo. Otro factor limitante para muchos productos electrónicos de consumo no es el presupuesto térmico, sino las limitaciones de tamaño para integrar una solución de refrigeración. Cuando el espacio de diseño es limitado, un ventilador que se ajuste a él permite nuevas opciones de diseño que no serían posibles con un ventilador convencional más voluminoso.

Refrigeración líquida a escala miniatura: eliminación de calor selectiva donde más importa.
Para disipar el calor de las superficies, la refrigeración por aire es muy eficaz, pero su efectividad se ve limitada al manejar cargas térmicas concentradas. Si la cantidad de calor generada en un área pequeña es elevada, la transferencia de calor desde la parte superior del chip al aire en circulación se convierte en el factor limitante. El calor no se disipa en el aire con la misma rapidez que en un líquido.
La tecnología de refrigeración líquida aprovecha sus propiedades físicas. Los fluidos refrigerantes pueden absorber mucha más energía térmica por unidad de masa antes de que aumente su temperatura, superando con creces al agua e incluso al aire. Con la cantidad justa de refrigerante para cubrir un chip caliente, se puede disipar mucho más calor que con el mismo volumen de aire en movimiento.
La tecnología de refrigeración líquida resulta especialmente útil en el caso de la electrónica en miniatura para aquellos dispositivos con puntos calientes. Un sistema de refrigeración por aire podría no ser capaz de gestionar la elevada carga térmica de un procesador de alto rendimiento en una placa de circuito impreso pequeña, mientras que la temperatura del resto del circuito es relativamente baja. Al disipar el calor mediante refrigeración líquida, los ingenieros pueden dirigirlo hacia donde se necesita, a través de un circuito cerrado de fluido que se canaliza hacia la fuente de calor y luego se devuelve a un punto donde el calor se puede disipar.
El problema con la refrigeración líquida es que requiere el uso de una bomba, pero estas se inventaron y solían ser voluminosas, ruidosas y caras. Ha sido posible integrar un circuito de refrigeración líquida en una caja de juegos de este tamaño. Hasta que el tamaño de la bomba se reduzca lo suficiente para ajustarse al espacio disponible, es muy difícil compartir el espacio, a menos que el dispositivo sea más pequeño que el soporte.
Para resolver este problema, MEJOR ha desarrollado su miniaturizado Bomba de líquido metálica (MMP10/MMP07)Proporciona la capacidad de circulación de fluidos que necesita un circuito de refrigeración líquida, en un tamaño y escala que los hace realmente prácticos en dispositivos compactos.
Debido a la experiencia previa de MEJOR En la tecnología piezoeléctrica, el diseño se centra en este aspecto. La ausencia de los mecanismos de bombeo rotativos convencionales contribuye a que la unidad sea más compacta, fácil de usar y con una mayor vida útil. Al no haber elementos de desgaste mecánico en la bomba, el dispositivo no se deteriora durante su vida útil. El MMP10/MMP07 ofrece una solución a los ingenieros térmicos que diseñan sistemas de refrigeración compactos y de alto rendimiento.

BESTAR: Un proveedor integral para Gestión térmica en miniatura
MEJOR diseña y produce el ventilador silencioso de refrigeración piezoeléctrica micro y la bomba de líquido metálica en miniatura que son la base de los productos de gestión térmica de la empresa. La integración vertical garantiza el control de las propiedades de rendimiento de los productos de la empresa. MEJOR La marca se define a nivel de materiales. Esto es importante cuando los clientes necesitan el mismo rendimiento en un alto volumen de producción.
Si bien el equipo de ingeniería de la empresa ayuda a los clientes con el proceso de selección de componentes, también ayuda con la integración. Hay variables para la transferencia de calor en espacios relacionados con la aplicación que deben entenderse a nivel miniaturizado: resistencia térmica del paquete circundante, características de flujo del interior del paquete, perfil de carga térmica en el chip particular que se está enfriando y qué solución es aplicable y cómo debe configurarse. En cambio, MEJOR Esto ayuda a los desarrolladores a lidiar con esas variables, no a que el usuario tenga que preocuparse por la integración con un dispositivo.

Conclusión
En los próximos años, los dispositivos serán más sofisticados, más pequeños y presentarán mayores desafíos térmicos que los disponibles actualmente. El concepto de refrigeración por aire piezoeléctrica, implementado en el MEJOR El microventilador silencioso proporciona eliminación de calor por convección sin contacto mecánico, un rendimiento casi silencioso y un perfil muy delgado que se adapta a productos donde un ventilador convencional no cabe. MEJOR La bomba miniatura MMP10/MMP07 es un sistema de refrigeración líquida que proporciona un lavado de alta eficiencia de la carga térmica en una posición limitada y es lo suficientemente compacta como para adaptarse a aplicaciones verdaderamente portátiles.
El límite térmico resulta ser una limitación real para el rendimiento del dispositivo. Si un dispositivo no puede gestionar su propia disipación de calor, se trata de un problema de ingeniería térmica. Una vez resuelto, el dispositivo podrá funcionar a su nivel de rendimiento previsto, y no a un nivel reducido debido a las limitaciones de temperatura.
El beneficio práctico de lo que MEJOR Crea componentes que permiten que un dispositivo en miniatura funcione a velocidad óptima, de forma silenciosa, fiable y en el espacio necesario para el diseño del producto. Cuanto más pequeños y potentes son los dispositivos, mayor es la importancia de esta capacidad.