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

Tuuliturbiinin siiven eroosio-ongelma ratkesi tekoälyn avulla

Tuuliturbiinin siipimateriaalin eroosio sääolosuhteiden vaikutuksesta on ongelma, joka koskee koko tuulienergiasektoria. VTT:n antiAGE-projektissa materiaaliongelmaan löydettiin tekoälyn ja 3D-tulostuksen avulla toimiva ratkaisu.

Kaivostoiminta tehostuu uusien sensori-innovaatioiden avulla

Uusien röntgen- ja 3D-kuvantamisteknologiaan perustuvien sensorien sensorifuusiolla parannetaan mineraalivarojen 3D-mallinnusta ja tehostetaan arvometallien erottelua. VTT koordinoi sensorikehitystä yhdessä yritysten, kansainvälisten tutkimusinstituuttien sekä kaivosalan yhteisöjen kanssa X-Mine EU-projektissa. 

18.1.2019 | Tutkimus ja koulutus

T&k-kulut ajavat autonvalmistajia alliansseihin

Sähkö- ja robottiautojen kehittäminen on kallista puuhaa, samoin puhtaampien ajopelien rakentelu. Uusien autojen pilviä hipovat t&k-kustannukset pakottavat isotkin autonvalmistajat liittoumiin eli alliansseihin. Ford ja VW toimivat jo yhdessä, mikä lisää paineita vaikkapa Daimlerin ja BMW:n suuntiin.

17.1.2019 | Alan Uutiset

Kunnossapitopalveluihin erikoistunut Viafin Service ostaa Gasum Tekniikan

Gasum myy tytäryhtiönsä Gasum Tekniikka Oy:n teollisuuden kunnossapitokumppanille Viafin Service Oyj:lle. Yrityskauppa on osa Gasumin strategiaa keskittyä pohjoismaisten kaasumarkkinoiden ja energiainfrastruktuurin kehittämiseen. Kaupan odotetaan toteutuvan helmikuun loppuun 2019 mennessä. Yrityskaupassa Gasum Tekniikasta tulee osa Viafin Service-konsernia.

SKAL vaatii miljardin euron lisärahoitusta tiestölle; avaa keskustelun tavaraliikenteen päästövähennyksen keinoista

Kaasu on vaihtoehto kevyimmissä yhdistelmissä ja sähkö taajamien jakeluliikenteessä. Suomen Kuljetus ja Logistiikka SKAL ry:n laskelmien mukaan vielä vuonna 2045 yli 80 prosenttia maanteiden tavaraliikenteen energiankulutuksesta on kuitenkin nestemäistä dieseliä. Panostus uusiutuvista raaka-aineista valmistettuun dieseliin ja biokaasuun olisikin Suomen tavaraliikenteelle paras ympäristövalinta. 

Painelaitteiden korjaus- ja muutostöitä koskeva ohje uudistettu

Turvallisuus- ja kemikaalivirasto (Tukes) on julkaissut uudistetun version painelaitteiden korjaus- ja muutostöitä koskevasta ohjeesta. Ohjeessa kerrotaan, millaisia vaatimuksia painelaitesäädökset asettavat painelaitteiden käytönaikaisille korjaus- ja muutostöille.