Desenvolvimento de placas arrefecedoras de alto desempenho para arrefecimento de componentes eletrónicos

Abstract

Considerando que a indústria dos processadores está em constante evolução, desenvolvendo transístores de dimensões cada vez mais pequenas, possibilitando a instalação de mais núcleos por processador e consequentemente aumentando as solicitações de potências de funcionamento, torna-se necessário desenvolver soluções de arrefecimento mais capazes, para responder às suas necessidades térmicas. Este trabalho debruça-se sobre a produção de placas texturizadas, recorrendo a uma máquina laser Nd:YVO4 para o efeito, estudando a capacidade de dissipação de calor das mesmas quando arrefecidas a água. Relativamente à produção de superfícies texturizadas, numa primeira instância, foram produzidas amostras preliminares de superfícies, estudando o efeito da variação dos parâmetros da máquina de corte laser, tais como a frequência, a potência, o número de passagens e a velocidade de corte. A partir dos resultados obtidos, foram produzidas novas amostras preliminares de superfícies para testar a existência de limites de geometria por parte da máquina, usando os parâmetros de corte previamente definidos. Esta amostras preliminares produzidas revelaram ser satisfatórias, passando assim à produção das quatro placas a serem testadas. Para testar a capacidade de dissipação de calor das placas, foi projetado e produzido um dispositivo de testes, capaz de monitorizar e controlar vários parâmetros pertinentes para os testes. Foram efetuados três testes a cada amostra de teste sempre com o mesmo conjunto de parâmetros. Tendo em conta os parâmetros de teste e os resultados obtidos, é plausível considerar estas placas texturizadas como sendo de alto desempenho, apresentando 252W de potência dissipada na placa com as alhetas com maior aresta de topo e 167 W de potência dissipada, na placa com as alhetas com menor aresta de topo, comparativamente aos 77 W de potência dissipada, obtidos nos testes sem placa.

Considering that the processor industry is constantly evolving, developing increasingly smaller transistors, enabling the installation of more cores per processor, and consequently increasing the demands for operating power, it becomes necessary to develop more capable cooling solutions to respond to the thermal needs. This work focuses on the production of textured plates, using a Nd:YVO4 laser machine for this purpose, studying their heat dissipation capacity when cooled by water. Regarding the production of textured surfaces, in a first instance, preliminary surface samples were produced, studying the effect of varying the parameters of the laser cutting machine, such as frequency, power, number of passes and cutting speed. From the results obtained, new preliminary surface samples were produced to test the existence of geometry limits on the part of the machine. These produced samples proved to be satisfactory, thus proceeding to the production of the four test samples to be latter tested. To test the heat dissipation capacity of the test samples, a test device was designed and produced, capable of monitoring and controlling various parameters relevant to the tests. Three tests were performed on each test sample, always with the same set of parameters. Considering the test parameters and the results obtained, it is plausible to consider these textured plates as being of high performance, with 252W of dissipated power on the plate with the fins with the largest top edge and 167 W of dissipated power on the plate with the fins with a smaller top edge, compared to the 77 W of dissipated power obtained in the tests without a plate.