Tutkimus ja koulutus | 20.8.2018

Elektroniikan jäähdytystä voidaan parantaa

Elektroniikan komponenttien ylikuumentuminen rikkoo laitteita. Kaj Lampion väitöskirjassaan esittelemän menetelmän avulla voidaan saavuttaa huomattavia säästöjä, kun komponenttien jäähdytykseen käytettävien rivastojen koko pienenee ja rakenne kevenee.

Chip

Jäähdytystä tarvitsevia sähköisiä komponentteja on useimmissa laitteissa. Komponenttien lämmöntuotto on kasvanut suhteessa niiden kokoon, jolloin niiden lämpeneminen asettaa haasteita laitteiden suunnittelulle. Ylikuumentuvat komponentit rikkoutuvat, ellei lämpöä saada poistettua asianmukaisesti.

– Lämpötehon tiheyden kasvu on käytännössä pakottanut ottamaan käyttöön jäähdytyspinta-alaa kasvattavat rivastot. Rivastoissa, joiden pohjalevylle komponentit kiinnitetään, on useita levymäisiä tai puikkomaisia ripoja, jotka kasvattavat virtaukseen koskettavaa pinta-alaa huomattavasti verrattuna komponenttien omaan pinta-alaan. Pienet tehotiheydet voidaan jäähdyttää passiivisesti, jolloin virtaus kulkee rivastossa painovoimaisesti. Suuremmat tehotiheydet vaativat pakotetun virtauksen, jossa puhaltimella tai pumpulla tuotetaan jäähdytyksessä tarvittava virtaus. Kaikista suurimpien tehotiheyksien tapauksessa joudutaan turvautumaan nestejäähdytykseen, Tampereen teknillisessä yliopistossa energiatekniikan alalta väittelevä Kaj Lampiokertoo.

Jäähdytyksessä käytetyt rivastot pyritään tekemään mahdollisimman kevyiksi ja kooltaan pieniksi. Tällaisen rakenteen suunnittelu on haastavaa, koska siinä joudutaan määrittämään samanaikaisesti useita geometrisia mittoja, jotka yhteisvaikuttavat monimutkaisesti laitteen lämmönsiirtoon. Tämän lisäksi on vielä määritettävä sijainti jokaiselle komponentille rivaston pohjalevyllä. Kaj Lampio kehitti väitöstutkimuksessaan uuden tavan jäähdytysrivastojen rakenteiden optimoinnille. Siinä yhdistyvät monitavoitteinen optimointi ja rakenteen lämmönsiirron nopea laskentamalli. Laskentamallissa on yhdistetty analyyttisia ja numeerisia laskentamenetelmiä. Verrattuna perinteisiin ratkaisumenetelmiin (esimerkiksi CFD), tämä uusi laskentamalli vähentää rakenteen lämmönsiirron ja virtauksien laskentaan tarvittavaa aikaa tunneista sekunteihin.

– Tyypillisessä optimointitapauksessa lasketaan satoja erilaisia rakenteita, jolloin uudella laskentamallilla saadaan vähennettyä optimointiin tarvittavaa aikaa useista päivistä tai viikoista muutamaan tuntiin. Tämä mahdollistaa optimoinnin jokaiselle uudelle komponenttijoukolle erikseen. Optimoinnin avulla saadaan vähennettyä jäähdytyksessä käytetyn rivaston painoa ja kokoa jopa kymmeniä prosentteja, Lampio kertoo.

– Jäähdytysrivastoja valmistavan teollisuuden liikevaihto on suuruusluokassa kymmenen miljardia euroa. Uudella laskentamallilla pystyttäisiin siis saavuttamaan huomattavia säästöjä.

Väitöstilaisuus perjantaina 24.8.2018

Diplomi-insinööri Kaj Lampion väitöskirja Optimization of Fin Arrays Cooled by Forced or Natural Convection tarkastetaan julkisesti Tampereen teknillisen yliopiston teknis-luonnontieteellisessä tiedekunnassa perjantaina 24.8.2018 klo 12 alkaen Festian Pieni Sali 1:ssä ( Korkeakoulunkatu 8, Tampere ).

Vastaväittäjinä toimivat professori Bengt Sundén Lundin yliopistosta Ruotsista ja dosentti Jussi Hakanen Jyväskylän yliopistosta. Tilaisuutta valvoo emeritusprofessori Reijo Karvinen TTY:ltä. Työn valvoja on professori Jukka Konttinen TTY:n kemian ja biotekniikan laboratoriosta.

Väitöskirjaan voi tutustua verkossa osoitteessa  http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-15-4175-9

Uusimmat artikkelit

25.3.2019 | Alan Uutiset

SSAB:n Hämeenlinnan tehtaalle autoteollisuuden IATF 16949:2016 -sertifiointi

DNV GL sertifiointilaitos on arvioinut SSAB:n Hämeenlinnan tehtaan toimintaa. Tehtaalle on myönnetty autoteollisuuden IATF 16949:2016 – sertifikaatti. IATF 16949:2016 -standardissa määritellään autoteollisuuden laadunhallintajärjestelmän vaatimukset.

Fortumin ratkaisu nostaa akkujen kierrätysasteen yli 80 prosenttiin

Yhteiskunnan sähköistyminen lisää tulevaisuudessa merkittävästi tarvetta akuille. Fortum on kehittänyt ratkaisun, jonka ansiosta yli 80 prosenttia sähköauton akusta pystytään jatkossa kierrättämään. Ratkaisu palauttaa akussa olevat arvokkaat metallit kiertoon ja pienentää sähköauton akkujen ympäristörasitusta vähentämällä koboltin, nikkelin sekä muiden harvinaisten metallien louhinnan tarvetta.

Mittava hyökkäys norjalaiseen alumiiniyhtiöön, siirtyy manuaalisiin operaatioihin

Yksi maailman suurimmista alumiinin valmistajista, norjalaisyhtiö Norsk Hydro ASA on tällä hetkellä pahoissa vaikeuksissa maanantaina alkaneiden kyberhyökkäysten vuoksi.

15.3.2019 | Kumppaniartikkeli

Konecranesin asiakasportaali on kunnossapitopalvelun tiedonlähde

Konecranes tuo teollisen internetin edut asiakkaiden ulottuville yourKONECRANES-asiakasportaalin kautta. Asiakasportaali yhdistää laitteiden reaaliaikaisen käyttö- ja kuntotiedon järjestelmällisen kunnossapidon tuottamaan tietoon. Portaalin uusimpana ominaisuutena on online-raportointinäkymä, jonka kautta asiakkaat saavat reaaliajassa tiedot valmistuneesta huollosta digitaalisessa muodossa.

Tamspark tuo esiin additiivisen valmistuksen hybridiratkaisuja Tampereen Advanced Engineering -messuilla

Automaatiosta ja additiivisen valmistuksen hybridiratkaisuista tulee tärkeitä kilpailukeinoja yrityksille, jotka haluavat nostaa tuotantonsa seuraavalle tasolle. Suomalainen 3D-tulostuskoneiden maahantuoja ja toimittaja Tamspark esittelee näitä mahdollisuuksia Tampereella 20.–21.3.2019 järjestettävillä Advanced Engineering -messuilla.

LST Etävalvonta auttaa vähentämään tuotannon hallitsemattomia käyttökatkoja

LST Teollisuuspalvelu esittelee Uusi Teollisuus -messuilla langattoman kunnonvalvontapalvelun LST Etävalvonta -palvelun, joka on tärkeä osa teollisuuden riskienhallintaa.

12.3.2019 | Tutkimus ja koulutus

Konecranes perustaa datalaboratorion Ranskaan

Konecranes ilmoitti perustavansa datalaboratorion Ranskaan Lyonin kaupunkiin. Taustalla on pyrkimys lisätä tuotteiden, palveluiden ja toimintojen digitaalisuutta teollisen internetin hyötyjen valjastamiseksi. Konecranesilla on etävalvonnassa 20 000 laitetta maailmanlaajuisesti ja digitaaliset elinkaarenaikaiset tiedot yli 600 0000 laitteesta. Yhtiöllä onkin vahva usko siihen, että datan hyödyntämiseen perustuva arvonluonti tulee mullistamaan materiaalinkäsittelyteollisuuden.