ऊष्मीय प्रबंधन (इलेक्ट्रानिक्स)

सभी इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और परिपथ-तंत्रों के अतिरिक्त ऊष्मा उत्पन्न करने के कारण विश्वसनीयता में सुधार और समय से पहले विफलता की रोकथाम के लिए ऊष्मीय प्रबंधन की आवश्यकता होती है। किसी अन्य ऊर्जा अंतःक्रिया के न होने पर ऊष्मा उत्पादन की मात्रा विद्युत निवेश के बराबर होती है। शीतलन की तकनीकों में विभिन्न शैलियों वाले ताप सिंक, ताप-विद्युत शीतलक, प्रेरित वायु तंत्र और पंखे, ताप नली आदि सम्मिलित हैं। अत्यधिक कम पर्यावरणीय तापमान की स्थिति में संतोषजनक संचालन प्राप्त करने के लिए इलेक्ट्रॉनिक घटकों को तप्त करना वास्तव में आवश्यक हो सकता है।

उपकरणों का ऊष्मीय प्रतिरोध
इसे सामान्यतः अर्धचालक उपकरण की संधि से ढाँचे तक ऊष्मीय प्रतिरोध के रूप में उद्धृत किया जाता है। इसकी इकाइयाँ °C/W हैं। उदाहरण के लिए, 10 °C/W पर निर्धारित किया गया ताप-सिंक, 1 वाट की ऊष्मा को नष्ट करने पर आसपास की वायु की तुलना में 10 °C अधिक गर्म हो जाएगा। इस प्रकार, कम °C/W मान वाला ताप-सिंक उच्च °C/W मान वाले ताप-सिंक की तुलना में अधिक कुशल होता है। एक ही संकुल (पैकेज) में दिए गए दो अर्धचालक उपकरणों में, परिवेश प्रतिरोध (RθJ-C) के लिए एक निचली संधि एक अधिक कुशल उपकरण को इंगित करती है। हालांकि, अलग-अलग डाई-मुक्त संकुल ऊष्मीय प्रतिरोधों (उदाहरण के लिए, प्रत्यक्षएफईटी बनाम तारबंधित 5x6मिमी पीक्यूएफएन) के साथ दो उपकरणों की तुलना करने पर, उनकी संधि परिवेश या संधि से ढाँचे के प्रतिरोध मानों के लिए सीधे उनकी तुलनात्मक क्षमता से संबंधित नहीं हो सकती है। अलग-अलग अर्धचालक संकुलों में अलग-अलग डाई अभिविन्यास, अलग-अलग तांबा (या अन्य धातु) डाई के आसपास का द्रव्यमान, अलग-अलग डाई संलग्न यांत्रिकी, और अलग ढाल मोटाई हो सकते हैं, जो सभी परिवेश प्रतिरोध मानों के मामले या संधि के लिए महत्वपूर्ण रूप से एक भिन्न संधि उत्पन्न कर सकते हैं, और इस प्रकार समग्र दक्षता संख्या को अस्पष्ट कर सकते हैं।

ऊष्मीय समय स्थिरांक
एक ताप-सिंक के ऊष्मीय द्रव्यमान को एक संधारित्र (आवेश के स्थान पर ऊष्मा भंडारण) और ऊष्मीय प्रतिरोध को विद्युत प्रतिरोध के रूप में माना जा सकता है। ये दो घटक साथ में R और C के गुणनफल द्वारा दिए गए एक संबद्ध समय के साथ एक ऊष्मीय RC परिपथ बनाते हैं। इस मात्रा का उपयोग विद्युत मामले के अनुरूप विधि से उपकरण की गतिशील ऊष्मा अपव्यय क्षमता की गणना के लिए किया जा सकता है।

ऊष्मीय अंतर्पृष्ठ सामग्री
ऊष्मा स्थानांतरण दक्षता बढ़ाने के लिए ऊष्मा स्थानांतरण सतहों, जैसे कि माइक्रोप्रोसेसर और ताप-सिंक, के बीच के अंतराल को भरने के लिए एक ऊष्मीय अंतर्पृष्ठ सामग्री या चिपचिपे पदार्थ (टीआईएम) का उपयोग किया जाता है। इसका तापीय चालकता मान xy-दिशा की तुलना में Z-दिशा में उच्च होता है।

व्यक्तिगत कंप्यूटर
खुदरा ऊष्मा सिंक बाजार, आधुनिक तकनीकी विकास और सार्वजनिक हित के कारण एक सर्वकालिक उच्च स्तर पर पहुंच गया है। सीपीयू का उत्पादन वर्ष 2000 के दशक के प्रारंभ में किया गया था, जो पहले की तुलना में गुणवत्ता वाली शीतलन प्रणालियों के लिए आवश्यकताओं को बढ़ाते हुए अधिक से अधिक ऊष्मा उत्सर्जित करता था।

घड़ी-दर वर्धन (ओवरक्लॉकिंग) का अर्थ हमेशा, अधिक शीतल करने की आवश्यकता होता है, और स्वाभाविक रूप से तप्त चिपें उत्साही लोगों के लिए अधिक चिंता का विषय थीं। घड़ी-दर वर्धित कंप्यूटर तंत्र के लिए कुशल ताप सिंक महत्वपूर्ण होते हैं क्योंकि माइक्रोप्रोसेसर की शीतलन दर जितनी अधिक होती है, कंप्यूटर उतनी ही तीव्रता से बिना अवरोध के कार्य कर सकता है; सामान्यतः, उच्च प्रदर्शन, तीव्र संचालन का परिणाम होता है। अब कई कंपनियाँ व्यक्तिगत कम्प्यूटर घडी-दर वर्धन के प्रति उत्साही लोगों के लिए सर्वश्रेष्ठ ताप सिंक प्रस्तुत करने के लिए प्रतिस्पर्धा करती हैं। एयरो कूल, फॉक्सकॉन, थर्मलराइट, थर्माल्टेक, स्विफ्टेक और ज़लमैन आदि प्रमुख आफ्टरमार्केट (मोटर-गाड़ी सामग्री बाज़ार) ताप सिंक निर्माताओं में सम्मिलित हैं।

टाँकना
परिपथ बोर्डों को टाँकते समय कभी-कभी अस्थायी ऊष्मा सिंक का उपयोग किया जाता था, जिससे आस-पास के संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को इस अत्यधिक ऊष्मा से होने वाली हानि से बचाया जा सके। सबसे सामान्य मामले में इसका अर्थ, एक घटक को एक भारी धात्विक मगरमच्छ क्लिप या इसी तरह के क्लैंप का उपयोग करके आंशिक रूप से पकड़ना है। आधुनिक अर्धचालक उपकरण, जिन्हें पुनर्प्रवाह टाँकन (रीफ्लो सोल्डरिंग) द्वारा एकत्रित करने के लिए संरचित किया गया है, सामान्यतः बिना नुकसान के टाँकन तापमान को सहन कर सकते हैं। दूसरी ओर, चुंबकीय रीड कुंजी जैसे विद्युत घटक उच्च शक्ति टाँकन लोहे के संपर्क में आने पर खराब हो सकते हैं, इसलिए यह अभ्यास अभी भी अत्यधिक उपयोग में है।

बैटरी
विद्युत वाहनों के लिए उपयोग की जाने वाली बैटरी में नाममात्र बैटरी प्रदर्शन सामान्यतः +20 °C से +30 °C की सीमा में कार्य करने वाले तापमान के लिए निर्दिष्ट किया जाता है; हालांकि, बैटरी के उच्च या विशेष रूप से कम तापमान पर संचालित होने पर वास्तविक प्रदर्शन, काफी हद तक इससे विचलित हो सकता है, इसलिए कुछ विद्युत कारों में उनकी बैटरी के लिए ऊष्मन और शीतलन सुविधा होती है।

ताप सिंक
ताप सिंक का व्यापक रूप से उपयोग इलेक्ट्रॉनिक्स में किया जाता है और ये आधुनिक माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक के लिए आवश्यक हो गए हैं। व्यावहारिक उपयोग में, यह एक धात्विक वस्तु है जिसे इलेक्ट्रॉनिक घटक की तप्त सतह के संपर्क में लाया जाता है - हालांकि ज्यादातर मामलों में, एक पतली ऊष्मीय अंतर्पृष्ठ सामग्री दो सतहों के बीच मध्यस्थ का कार्य करती है। माइक्रोप्रोसेसर और शक्ति संचालन अर्धचालक इलेक्ट्रॉनिक्स के उदाहरण हैं जिन्हें ऊष्मीय द्रव्यमान और गर्मी अपव्यय (मुख्य रूप से चालन और संवहन द्वारा और कुछ हद तक विकिरण द्वारा) के माध्यम से अपने तापमान को कम करने के लिए ताप सिंक की आवश्यकता होती है। माइक्रोप्रोसेसर, डीएसपी, जीपीयू जैसे अन्य बहुत से आधुनिक एकीकृत परिपथों के लिए ताप सिंक लगभग आवश्यक हो गए हैं।

ताप सिंक में सामान्यतः एक या एक से अधिक समतल सतहों के साथ एक धातु संरचना होती है जिससे शीतल होने वाले घटकों के साथ उच्च ऊष्मीय संपर्क सुनिश्चित किया जा सके और सतह के संपर्क को हवा के साथ बढ़ाने के लिए कंघी या फिन जैसे उभारों की एक सरणी और इस प्रकार ताप लोपन की दर को बढ़ाने के लिए उपयोग किया जाता है।

ताप सिंक पर वायु प्रवाह की दर को बढ़ाने के लिए कभी-कभी पंखे के साथ एक ताप सिंक का उपयोग किया जाता है। यह तप्त हवा को संवहन की तुलना में तीव्रता से बदलकर एक बड़ा तापमान ढाल बनाए रखता है। इसे एक प्रेरित वायु प्रणाली के रूप में जाना जाता है।

शीतल प्लेट
एक प्रवाहकीय मोटी धातु की प्लेट (शीतल प्लेट), एक ऊष्मा स्रोत और एक बहने वाले शीतल द्रव (या किसी अन्य ताप सिंक) के बीच एक ऊष्मा हस्तांतरण अंतर्पृष्ठ के रूप में रखने से शीतलन प्रदर्शन में सुधार हो सकता है। ऐसी व्यवस्था में, ऊष्मा स्रोत को शीतलक द्रव के सीधे संपर्क में शीतल करने के स्थान पर मोटी प्लेट के नीचे शीतल किया जाता है। यह दिखाया गया है कि एक मोटी प्लेट, ऊष्मा स्रोत और शीतलन द्रव के बीच ऊष्मा हस्तांतरण में इष्टतम तरीके से ऊष्मा प्रवाह के माध्यम से काफी सुधार कर सकती है। इस पद्धति के दो सबसे आकर्षक लाभ यह हैं कि इसमें कोई अतिरिक्त पंपिंग शक्ति और ऊष्मा हस्तांतरण सतह क्षेत्र नहीं है, जो कि पंखों (विस्तारित सतहों) से काफी अलग है।

सिद्धांत
ताप सिंक, उच्च तापमान पर एक वस्तु से दूसरी वस्तु को कम तापमान पर बहुत अधिक ऊष्मा क्षमता के साथ ऊष्मीय ऊर्जा ("ऊष्मा") को कुशलतापूर्वक स्थानांतरित करके कार्य करता है। ऊष्मीय ऊर्जा का यह तीव्र हस्तांतरण तीव्रता से पहली वस्तु के तापमान को कम करते हुए और एक शीतलन उपकरण के रूप में ताप सिंक की भूमिका निभाते हुए पहली वास्तु को दूसरी वस्तु के साथ ऊष्मीय संतुलन में लाता है। ताप सिंक का दक्ष संचालन, ताप सिंक में पहली वस्तु से ऊष्मा ऊर्जा के तीव्र स्थानांतरण और दूसरी वस्तु के लिए ताप सिंक पर निर्भर करता है।

एक धातु उपकरण, ताप सिंक की सबसे सामान्य संरचना है जिसमें कई पंख होते हैं। धातु की उच्च तापीय चालकता इसके बड़े सतही क्षेत्र के साथ मिलकर तापीय ऊर्जा को आसपास, शीतलक, वायु में तीव्रता से स्थानांतरित करती है। यह ताप सिंक और सीधे ऊष्मीय संपर्क वाली सभी वस्तुओं को शीतल करता है। तरल पदार्थों का उपयोग (उदाहरण के लिए प्रशीतन में शीतलक) और ऊष्मीय अंतर्पृष्ठ सामग्री (इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को शीतल करने में), ताप सिंक में ऊष्मीय ऊर्जा का उच्च हस्तांतरण सुनिश्चित करता है। इसी प्रकार, एक पंखा ताप सिंक से वायु में ऊष्मीय ऊर्जा के हस्तांतरण में सुधार कर सकता है।

निर्माण और सामग्री
एक ताप सिंक में सामान्यतः एक या एक से अधिक समतल सतहों के साथ एक आधार होता है और वायु से संपर्क करने वाले ताप सिंक के सतह क्षेत्र को बढ़ाने के लिए कंघी या फिन जैसे उभारों की एक सरणी होती है, और इस प्रकार ऊष्मा अपव्यय दर में वृद्धि होती है। ताप सिंक के एक स्थिर वस्तु होने पर भी एक पंखा प्रायः ताप सिंक पर बढ़े हुए वायु प्रवाह को प्रदान करके ताप सिंक की सहायता करता है - इस प्रकार तप्त वायु को निष्क्रिय संवहन की तुलना में अधिक तीव्रता से बदलकर एक बड़ा तापमान ढाल बनाए रखता है - इसे एक प्रेरित वायु प्रणाली के रूप में जाना जाता है।

ताप सिंक आदर्श रूप से चाँदी, सोना, तांबा या इस्पात जैसे मिश्र धातुओं के उच्च ऊष्मीय चालकों से बने होते हैं। तांबा और इस्पात, इस उद्देश्य के लिए इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के अन्दर सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली सामग्रियों में सम्मिलित हैं। तांबे (300 K पर 401 W/(m·K)) के इस्पात (300 K पर 237 W/(m·K)) की तुलना में काफी अधिक महंगा के साथ ही ऊष्मीय चालक के रूप में लगभग दोगुना कुशल होता है। इस्पात का महत्वपूर्ण लाभ यह है कि इसे निष्कासन द्वारा आसानी से बनाया जा सकता है, इस प्रकार यह जटिल अनुप्रस्थ-काट को संभव बनाता है। तांबे की तुलना में इस्पात बहुत हल्का होता है, जो संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक घटकों पर कम यांत्रिक तनाव प्रदान करता है। इस्पात से बने कुछ ताप सिंकों में ट्रेड ऑफ के रूप में तांबे का कोर होता है। ताप सिंक की संपर्क सतह (आधार) समतल और चिकनी होनी चाहिए, जिससे यह सुनिश्चित हो सके कि शीतलन की आवश्यकता वाली वस्तु के साथ सबसे उच्च ऊष्मीय संपर्क हो। प्रायः एक तापीय प्रवाहकीय ग्रीस का उपयोग इष्टतम ऊष्मीय संपर्क सुनिश्चित करने के लिए किया जाता है; ऐसे यौगिकों में प्रायः कोलाइडी चांदी होती है। इसके अतिरिक्त एक क्लैंपिंग तंत्र, शिकंजा या ऊष्मीय आसंजक, घटक को कुचलने वाले दाब के बिना ताप सिंक को घटक पर मजबूती से रखता है।

प्रदर्शन
सामग्री, ज्यामिति और समग्र सतह ऊष्मा हस्तांतरण गुणांक का एक कार्य, ताप सिंक प्रदर्शन (मुक्त संवहन, प्रेरित संवहन, तरल शीतल और उसके किसी भी संयोजन सहित) होता है। सामान्यतः प्रेरित संवहन ताप सिंक ऊष्मीय प्रदर्शन में ताप सिंक सामग्री की तापीय चालकता को बढ़ाकर, सतह क्षेत्र में वृद्धि करके (सामान्यतः विस्तारित सतहों, जैसे पंख या फोम धातु को जोड़कर) और समग्र क्षेत्र ऊष्मा हस्तांतरण गुणांक (द्रव वेग में वृद्धि करके, जैसे पंखे, पंप आदि जोड़ना) को बढ़ाकर सुधार किया जाता है।

नावेल कॉन्सेप्ट और डब्ल्यूडब्ल्यूडब्ल्यू डॉट हीटसिंककैलकुलेटर डॉट कॉम(www.heatsinkcalculator.com) जैसी कंपनियों के ऑनलाइन ताप सिंक गणक प्रेरित और प्राकृतिक संवहन ताप सिंक प्रदर्शन का सटीक अनुमान लगा सकते हैं। अधिक जटिल ताप सिंक ज्यामिति या कई सामग्रियों या कई तरल पदार्थों के साथ ताप सिंक के लिए, गणना द्रव गतिकी (सीएफडी) विश्लेषण की अनुशंसा की जाती है (इस पृष्ठ पर ग्राफिक्स देखें)।

संवहित वायु शीतलन
संवहित वायु शीतलन शब्द उपकरण को तप्त वायु की संवहन धाराओं द्वारा शीतल करने का वर्णन करता है, जिसे शीतलक वायु द्वारा प्रतिस्थापित किए जाने वाले घटक की सीमाओं से बचने की अनुमति दी जाती है। चूंकि तप्त वायु सामान्य रूप से ऊपर उठती है, अतः इस विधि के प्रभावी होने के लिए सामान्यतः आवरण के शीर्ष या किनारों पर उतार की आवश्यकता होती है।

प्रेरित वायु शीतलन
यदि पंप किए जाने की तुलना में प्रणाली में अधिक वायु (पंखों की संख्या में असंतुलन के कारण) होती है, तो इसे 'सकारात्मक' वायु-प्रवाह कहा जाता है, क्योंकि इकाई के अंदर का दाब बाहर के दाब की तुलना में अधिक होता है।

एक संतुलित या तटस्थ वायु प्रवाह सबसे कुशल होता है, हालांकि ठीक से निष्पंदन किये जाने पर अल्प सकारात्मक वायु प्रवाह के परिणामस्वरूप कम धूल का निर्माण हो सकता है।

तप्त नली
तप्त नली एक ऊष्मा स्थानांतरण उपकरण है, जो तप्त और शीतल अंतर्पृष्ठ के बीच तापमान में बहुत कम अंतर के साथ बड़ी मात्रा में ऊष्मा के परिवहन के लिए दो-चरण "कार्य करने वाले तरल पदार्थ" या शीतलक के वाष्पीकरण और संक्षेपण का उपयोग करता है। एक विशिष्ट तप्त नली में तांबे या इस्पात जैसे ऊष्मा-चालक धातु से ब सीलबंद खोखली नलियाँ होती हैं, और कार्य करने वाले द्रव को वाष्पीकारक से संघनित्र में वापस करने के लिए एक बत्ती होती है। नली में कार्य कर रहे तरल पदार्थ (जैसे पानी, मेथनॉल या अमोनिया) के संतृप्त तरल और वाष्प दोनों होते हैं, और अन्य सभी गैसों को बाहर रखा जाता है। इलेक्ट्रॉनिक्स ऊष्मीय प्रबंधन के लिए सामान्य ताप नली में तांबे का एक लिफाफा और बत्ती होता है, जिसमें कार्य करने वाले तरल पदार्थ के रूप में जल होता है। तप्त नली को जल के हिमांक से नीचे संचालित करने की आवश्यकता होने पर तांबा/मेथनॉल का उपयोग किया जाता है और स्थान में इलेक्ट्रॉनिक्स शीतलन के लिए एल्यूमीनियम/अमोनिया तप्त नली का उपयोग किया जाता है।

तप्त नली का लाभ ऊष्मा को स्थानांतरित करने में उनकी महान दक्षता है। तांबे की तापीय चालकता लगभग 400 W/m K होती है, इसके विपरीत तप्त नली की तापीय चालकता 100,000 W/m K जितनी अधिक हो सकती है।

पेल्टियर शीतलन प्लेट
पेल्टियर शीतलन प्लेट विद्युत के दो अलग-अलग चालकों की संधि के बीच विद्युत प्रवाह को लागू करके ऊष्मा प्रवाह बनाने के लिए पेल्टियर प्रभाव का लाभ उठाती हैं। यह प्रभाव सामान्यतः इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और छोटे उपकरणों को शीतल करने के लिए उपयोग किया जाता है। व्यवहार में आवश्यक ताप या शीतलन की मात्रा के प्रभाव को बढ़ाने के लिए ऐसी कई संधियों को श्रृंखला में व्यवस्थित किया जा सकता है।

इसमें कोई चलायमान हिस्से नहीं होते हैं, इसलिए एक पेल्टियर प्लेट रखरखाव मुक्त होती है। इसकी दक्षता अपेक्षाकृत कम होती है, इसलिए ताप-वैद्युत शीतलन का उपयोग सामान्यतः अवरक्त संवेदक जैसे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए किया जाता है, जिन्हें परिवेश से नीचे के तापमान पर संचालित करने की आवश्यकता होती है। पेल्टियर प्लेटों की ठोस अवस्था प्रकृति इन उपकरणों को शीतल करने के लिए उनकी खराब दक्षता से अधिक होती है। ताप-वैद्युत संधियाँ सामान्यतः पारंपरिक संपीड़न चक्र प्रणालियों द्वारा प्राप्त 40% की तुलना में आदर्श कार्नो चक्र प्रशीतक के रूप में लगभग 10% कुशल होती हैं।

कृत्रिम जेट वायु शीतलन
भंवरों के निरंतर प्रवाह द्वारा कृत्रिम जेट का निर्माण किया जाता है, जो कि एक छिद्र के आर-पार हवा के संक्षिप्त निष्कासन और चूषण द्वारा इस प्रकार बनते हैं, कि शुद्ध द्रव्यमान प्रवाह शून्य होता है। इन जेटों की एक अनूठी विशेषता यह है कि ये पूरी तरह से प्रवाह प्रणाली में काम कर रहे तरल पदार्थ से निर्मित होते हैं, जिसमें उन्हें तैनात किया जाता है और जो प्रणाली के शुद्ध द्रव्यमान अंतःक्षेपण के बिना प्रणाली के प्रवाह में शुद्ध गति उत्पन्न कर सकते हैं।

कृत्रिम जेट वायु चालकों में कोई चलायमान हिस्सा नहीं होता है, अतः ये रखरखाव मुक्त होते हैं। उच्च ऊष्मा हस्तांतरण गुणांक, उच्च विश्वसनीयता लेकिन कम समग्र प्रवाह दर के कारण, कृत्रिम जेट वायु चालक शीतलन के लिए प्रणाली स्तर के स्थान पर सामान्यतः चिप स्तर पर उपयोग किए जाते हैं। हालाँकि, इनका उपयोग प्रणाली के आकार और जटिलता के आधार पर दोनों समय के लिए किया जा सकता है।

वैद्युत-स्थैतिक द्रव त्वरण
विद्युत्-स्थैतिक द्रव त्वरक (ईएफए) एक ऐसा उपकरण है जो बिना किसी चलायमान भागों के हवा जैसे तरल पदार्थ को पंप करता है। ईएफए, विद्युत आवेशित वायु अणुओं को प्रेरित करने के लिए एक पारंपरिक पंखे की तरह घूमने वाले ब्लेड का उपयोग करने के स्थान पर एक विद्युत क्षेत्र का उपयोग करता है। क्योंकि वायु के अणु सामान्य रूप से उदासीन होते हैं, और ईएफए को पहले कुछ आवेशित अणु या आयनों का निर्माण करना होता है। इस प्रकार द्रव त्वरण प्रक्रिया में तीन बुनियादी चरण होते हैं: हवा के अणुओं को आयनित करना, उन आयनों का उपयोग करके कई और तटस्थ अणुओं को वांछित दिशा में क्षेपित करना और फिर किसी भी शुद्ध आवेश को समाप्त करने के लिए आयनों को पुनः प्राप्त और उदासीन करना।

इसके मूल सिद्धांत को कुछ समय के लिए समझा गया था, लेकिन हाल के वर्षों में ही ईएफए उपकरणों की संरचना और निर्माण में विकास देखा गया है जो उन्हें व्यावहारिक और किफायती अनुप्रयोगों को खोजने की अनुमति दे सकता है, जैसे कि इलेक्ट्रॉनिक्स घटकों के माइक्रो-शीतलन में।

हाल के घटनाक्रम
हाल ही में, कृत्रिम हीरे और बोरॉन आर्सेनाइड शीतलन सिंक जैसी उच्च चालकता सामग्रियों पर बेहतर शीतलन प्रदान करने के लिए शोध किया जा रहा है। बोरॉन आर्सेनाइड को उच्च तापीय चालकता और गैलियम नाइट्राइड ट्रांजिस्टर के साथ उच्च तापीय सीमा चालन के साथ प्रस्तुत करते हुए हीरे और सिलिकॉन कार्बाइड शीतलन प्रौद्योगिकियों की तुलना में बेहतर प्रदर्शन किया गया है। इसके अतिरिक्त, कुछ ताप सिंक वांछनीय विशेषताओं के साथ चरण परिवर्तन सामग्री जैसी कई सामग्रियों से निर्मित होते हैं, जो संलयन की ऊष्मा के कारण अत्यधिक ऊर्जा संग्रहीत कर सकते हैं।

इलेक्ट्रॉनिक्स का ऊष्मीय अनुकरण
ऊष्मीय अनुकरण, अभियंताओं को उपकरण के अंदर तापमान और वायु प्रवाह का एक दृश्य निरूपण देते हैं। ऊष्मीय अनुकरण, अभियंताओं को विद्युत की खपत, वजन और लागत को कम करने, एक संरचना के अनुकूलन, और यह सुनिश्चित करने के लिए ऊष्मीय संरचना को सत्यापित करने के लिए कि उपकरण बनाते समय कोई समस्या नहीं है, शीतलन प्रणाली की संरचना करने में सक्षम बनाता है। अधिकांश ऊष्मीय अनुकरण सॉफ्टवेयर एक इलेक्ट्रॉनिक तंत्र के तापमान और वायु प्रवाह की भविष्यवाणी करने के लिए गणकीय तरल गतिकी तकनीकों का उपयोग करते हैं।

संरचना
ऊष्मीय अनुकरण को प्रायः यह निर्धारित करने की आवश्यकता होती है कि घटकों को संरचना बाधाओं के भीतर प्रभावी ढंग से कैसे शीतल किया जाए। अनुकरण अति प्रारंभिक चरण, और इलेक्ट्रॉनिक और यांत्रिक भागों की पूर्ण संरचना में उपकरण के ऊष्मीय संरचना की संरचना और सत्यापन को सक्षम बनाता है। प्रारंभ से ही मस्तिष्क में ऊष्मीय गुणों की संरचना, ऊष्मीय मुद्दों के सुधार के लिए अंतिम मिनट के संरचना परिवर्तनों के जोखिम को कम करती है।

ऊष्मीय अनुकरण का संरचना प्रक्रिया के हिस्से के रूप में उपयोग, एक इष्टतम और अभिनव उत्पाद संरचना के निर्माण को सक्षम बनाता है, जो विनिर्देशन, और ग्राहकों की विश्वसनीयता आवश्यकताओं को पूरा करता है।

अनुकूलन
असीमित स्थान, शक्ति और बजट होने पर लगभग किसी भी उपकरण के लिए शीतलन प्रणाली की संरचना करना आसान है। हालांकि, अधिकांश उपकरणों में एक कठोर विनिर्देश होता है जो त्रुटि के लिए सीमित गुंजाइश छोड़ देता है। प्रदर्शन या विश्वसनीयता से समझौता किए बिना विद्युत आवश्यकताओं, तंत्र के वजन और लागत भागों को कम करने के लिए एक माँग लगातार उठ रही है। ऊष्मीय अनुकरण, अनुकूलन के साथ प्रयोग की अनुमति देता है, जैसे कि ताप सिंक ज्यामिति को संशोधित करना या आभासी वातावरण में पंखे की गति को कम करना, जो भौतिक प्रयोग और माप से तेज, सस्ता और सुरक्षित है।

सत्यापन
पारम्परिक रूप से पहली बार उपकरण की ऊष्मीय संरचना को एक प्रोटोटाइप के निर्माण के बाद सत्यापित किया जाता है। उपकरण को संभवतः एक पर्यावरण कक्ष के अंदर संचालित किया जाता है, और तंत्र के महत्वपूर्ण हिस्सों के तापमान को ताप-युग्म जैसे संवेदक का उपयोग करके मापा जाता है। किसी त्रुटि के पाए जाने पर समाधान की तलाश में परियोजना में देरी होती है। त्रुटि-सुधार के लिए पीसीबी या संलग्नक भाग की संरचना में परिवर्तन की आवश्यकता हो सकती है, जिसमें समय लगता है और एक महत्वपूर्ण राशि व्यय होती है। यदि ऊष्मीय अनुकरण का उपयोग उपकरण की संरचना प्रक्रिया के हिस्से के रूप में किया जाता है, तो प्रोटोटाइप के निर्माण से पहले ऊष्मीय संरचना मुद्दे की पहचान की जाती है। संरचना चरण में किसी त्रुटि में सुधार करना, एक प्रोटोटाइप के निर्माण के बाद संरचना को संशोधित करने की तुलना में तेज़ और सस्ता होता है।

सॉफ्टवेयर
इलेक्ट्रॉनिक्स के ऊष्मीय अनुकरण के लिए संरचित किए गए सॉफ़्टवेयर उपकरणों की एक विस्तृत श्रृंखला है, जिसमें 6सिग्माईटी (6sigmaET), एनसिस' आइसपाक (Ansys' IcePak) और मेंटर ग्राफिक्स' फ्लोथर्म (FloTHERM) सम्मिलित हैं।

दूरसंचार वातावरण
दूरसंचार कक्षों में उच्च ताप विमोचन उपकरणों को समायोजित करने के लिए ऊष्मीय प्रबंधन उपाय किए जाने चाहिए। सामान्य पूरक/स्थान शीतलन तकनीक, साथ ही उपकरण निर्माताओं द्वारा विकसित टर्नकी शीतलन समाधान इसके व्यावहारिक समाधान हैं। इस तरह के समाधान एक केंद्रीय कार्यालय में अत्यधिक ऊष्मा उत्सर्जक उपकरण रखने की अनुमति दे सकते हैं, जिसमें ऐसा ऊष्मा घनत्व होता है, जो केंद्रीय वायु संचालक से उपलब्ध शीतलन क्षमता पर या उसके पास होता है।

दूरसंचार केंद्रीय कार्यालयों में ऊष्मीय प्रबंधन टेल्कोर्डिया जीआर-3028 के अनुसार, आधुनिक दूरसंचार उपकरणों को आंतरिक रूप से शीतल करने का सबसे सामान्य तरीका, प्रेरित शीतलन के निर्माण के लिए कई उच्च गति वाले प्रशंसकों का उपयोग करना है। हालांकि, प्रत्यक्ष और अप्रत्यक्ष तरल शीतलन को भविष्य में प्रस्तुत किया जा सकता है, नए इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की वर्तमान संरचना वायु को शीतलन माध्यम के रूप में प्रयोग करने के लिए तैयार है।

वर्तमान और भविष्य के ऊष्मीय प्रबंधन समस्याओं को समझने के लिए एक सुविकसित "समग्र" दृष्टिकोण की आवश्यकता है। एक ओर स्थान शीतलन और दूसरी ओर शीतलन उपकरण, को समग्र ऊष्मीय चुनौती के दो अलग-अलग हिस्सों के रूप में नहीं देखा जा सकता है। एक उपकरण सुविधा की वायु-वितरण प्रणाली का मुख्य उद्देश्य वातानुकूलित वायु को इस तरह वितरित करना है कि इलेक्ट्रॉनिक उपकरण प्रभावी ढंग से शीतल हो जाये। समग्र शीतलन दक्षता, वायु वितरण प्रणाली के उपकरण कक्ष के माध्यम से हवा को स्थानांतरित करने, उपकरणों के उपकरण ढाँचे के माध्यम से हवा को स्थानांतरित करने और इन वायुप्रवाहों के पारस्परिक संचार के तरीके पर निर्भर करती है। उच्च ताप-अपव्यय स्तर, उपकरण-शीतलन और कक्ष-शीतलन संरचनाओं के सहज एकीकरण पर अत्यधिक रूप से निर्भर करते हैं।

दूरसंचार सुविधाओं में मौजूदा पर्यावरणीय समाधानों की अंतर्निहित सीमाएँ हैं। उदाहरण के लिए, अधिकांश परिपक्व केंद्रीय कार्यालयों में बड़े वायु वाहक प्रतिष्ठानों के लिए सीमित स्थान उपलब्ध होता है जो उच्च ताप घनत्व वाले उपकरण कक्षों को शीतल करने के लिए आवश्यक होते हैं। इसके अतिरिक्त, तीव्र तापमान प्रवणता शीतल होने की स्थिति में तेजी से विकसित होती है; यह कंप्यूटर मॉडलिंग, प्रत्यक्ष माप और अवलोकन के माध्यम से अच्छी तरह से प्रलेखित किया गया है। हालांकि पर्यावरण बैकअप तंत्र मौजूद हो सकते हैं, लेकिन ऐसी कभी-कभी ऐसी स्थितियाँ आती हैं, जब वे सहायक नहीं होते हैं। हाल ही के एक मामले में, एक प्रमुख केंद्रीय कार्यालय में दूरसंचार उपकरण तप्त हो गए थे, और एक झूठे धूम्रपान अलार्म द्वारा प्रारंभ किए गए एक पूर्ण शीतलन बंद से महत्वपूर्ण सेवाएँ बाधित हो गई थीं।

वर्तमान में ऊष्मा-उत्सर्जक डेटा की रिपोर्ट करने का तरीका, प्रभावी ऊष्मीय प्रबंधन के लिए एक बड़ा अवरोध है। आपूर्तिकर्ता सामान्यतः उपकरण से अधिकतम (नेमप्लेट) ऊष्मा उत्सर्जन निर्दिष्ट करते हैं। वास्तव में, उपकरण विन्यास और यातायात विविधता का परिणाम काफी कम ऊष्मा उत्सर्जन संख्या में होगा।

उपकरण शीतलन श्रेणियाँ
जीआर-3028 के अनुसार, अधिकांश उपकरणों के वातावरण, शीतल अग्रपथ (रखरखाव) और तप्त पश्चपथ (वायरिंग) को व्यवस्थित रखते हैं, जहाँ शीतल आपूर्ति वायु सम्मुख पथों तक पहुँचाई जाती है और तप्त वायु को पीछे के पथों से हटा दिया जाता है। यह योजना प्रभावी उपकरण शीतलन और उच्च तापीय क्षमता सहित कई लाभ प्रदान करती है।

अधिकांश सेवा प्रदाताओं द्वारा उपयोग किए जाने वाले पारंपरिक कक्ष शीतलन श्रेणी में, उपकरण शीतलन को हवा के सेवन और निकास स्थानों से लाभ होता है, जो वायु को आगे के पथों से पीछे के पथों तक ले जाने में सहायता करते हैं। हालांकि, पारंपरिक अग्र-निम्न से उच्च-पश्च प्रतिरूप को कुछ उपकरणों में अन्य वायु-प्रवाह प्रतिरूपों के साथ प्रतिस्थापित कर दिया गया है जो उच्च ऊष्मा घनत्व वाले क्षेत्रों में पर्याप्त उपकरण शीतलन सुनिश्चित नहीं कर सकते हैं।

उपकरणों (अलमारियों और संदूकों) का उपकरण-शीतलन (ईसी) श्रेणियों में वर्गीकरण, शीतलन हवा के सेवन और गर्म हवा के निकास स्थानों, अर्थात् उपकरण वायु-प्रवाह योजनाओं या प्रोटोकॉल के संबंध में उपकरणों को वर्गीकृत करने के उद्देश्य से कार्य करता है।

ईसी-श्रेणी वाक्य-विन्यास एक लचीली और महत्वपूर्ण "सामान्य भाषा" प्रदान करता है। इसका उपयोग ऊष्मा-उत्सर्जन लक्ष्य (एचआरटी) को विकसित करने के लिए किया जाता है, जो जालतंत्र विश्वसनीयता, उपकरण और स्थान योजना और बुनियादी ढाँचा क्षमता योजना के लिए महत्वपूर्ण हैं। ये एचआरटी आपूर्ति वायु-प्रवाह क्षमता, उपकरण स्थान में वायु प्रसार और वायु-वितरण/उपकरण पारस्परिक-क्रिया सहित पर्यावरण और पर्यावरणीय आधारभूत मानदंड की भौतिक सीमाओं को ध्यान में रखते हैं। ईसी वर्गीकरण का उपयोग एचआरटी विकसित करने के लिए उपयोग किए जाने के अतिरिक्त उत्पाद पटल पर अनुपालन को दिखाने, आंतरिक संरचना विनिर्देश प्रदान करने या क्रय आदेशों में आवश्यकताओं को निर्दिष्ट करने के लिए किया जा सकता है।

कक्ष-शीतलन वर्गीकरण (आरसी-श्रेणी) का तात्पर्य समग्र उपकरण स्थान के वातानुकूलित (शीतल) होने के तरीके से है। आरसी-श्रेणी का मुख्य उद्देश्य केंद्रीय कार्यालय के वातावरण में विरासत और गैर-विरासत कक्ष-शीतलन योजनाओं या प्रोटोकॉल का तार्किक वर्गीकरण और विवरण प्रदान करना है। आरसी-वर्गीकरण का उपयोग एचआरटी विकसित करने के लिए उपयोग किए जाने के अतिरिक्त, आंतरिक केंद्रीय कार्यालय संरचना विनिर्देशों या क्रय आदेशों में किया जा सकता है।

पूरक-शीतलन वर्ग (एससी-वर्ग), पूरक शीतलन तकनीकों का वर्गीकरण प्रदान करते हैं। सेवा प्रदाता आरसी-वर्ग द्वारा व्यक्त किए गए सामान्य कक्ष-शीतलन प्रोटोकॉल द्वारा प्रदान की गई शीतलन क्षमता (जैसे, "हॉट स्पॉट" की घटनाओं के समाधान के लिए) के पूरक के लिए पूरक/स्थान-शीतलन समाधानों का उपयोग करते हैं।

आर्थिक प्रभाव
दूरसंचार उपकरणों द्वारा ऊर्जा की खपत, वर्तमान में केंद्रीय कार्यालयों में खपत की गई कुल ऊर्जा का एक उच्च प्रतिशत है। इस ऊर्जा का अधिकांश भाग बाद में आसपास के उपकरण स्थान में ऊष्मा के रूप में छोड़ा जाता है। चूंकि अधिकांश शेष केंद्रीय कार्यालय ऊर्जा का उपयोग उपकरण कक्ष को शीतल करने के लिए करते है, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को ऊर्जा-कुशल बनाने का आर्थिक प्रभाव उन कंपनियों के लिए काफी महत्त्वपूर्ण होगा, जो दूरसंचार उपकरण का उपयोग और संचालन करती हैं। यह समर्थन प्रणालियों के लिए पूंजीगत लागत को कम करेगा और उपकरण कक्ष में ऊष्मीय स्थितियों में सुधार करेगा।

यह भी देखें

 * एकीकृत परिपथों में ऊष्मा उत्पादन
 * इलेक्ट्रॉनिक्स में ऊष्मीय प्रतिरोध
 * उच्च-शक्ति एल ई डी का ऊष्मीय प्रबंधन
 * ऊष्मीय संरचना शक्ति
 * तप्त नली
 * कंप्यूटर शीतलन
 * विकिरक
 * सक्रिय शीतलन

बाहरी संबंध


डी: कुहल्कोपर] deasons [] यह: अनुशासन (etronicon)]] वह: צלע ק ק] रेडिएटोरियल (इलेक्ट्रॉनिकजे)]] एनएल: कोएल्विन ヒート シシク] पीएल: रेडिएटर पीटी: गंतव्य кулер CHLADIč (इलेक्ट्रॉनिक)