bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2025-23-4-63-69bsuir-4183Research ArticleСтатьиКонтурный термосифон для эффективного охлаждения миниатюрных источников тепловыделения в электроникеLoop Thermosiphon for Efficient Cooling of Miniature Heat Sources in ElectronicsОлехновичВ. А.AliakhnovichV. A.

Олехнович Валерий Адамович, ст. науч. сотр. науч.-иссл. лаб. капил.-порис. матер. (НИЛ-24) 

Минск 

Тел.: +375 17 290-99-92 

Aliakhnovich Valery Adamovich, Senior Researcher at the R&D La­ boratory of Capillary-Porous Materials (Lab. 24) 

Тel.: +375 17 290-99-92 

220005, Republic of Belarus, Minsk, Platonova St., 41 

nil24@pminstitute.byИльющенкоА. Ф.IlyushchankaA. Ph.

акад. Нац. акад. наук Беларуси, д-р техн. наук, проф., дир. 

Минск 

Academician of the National Academy of Sciences of Belarus, Dr. Sci. (Tech.), Professor, Director 

Minsk 

АнчевскийП. С.AncheuskiP. S.

зав. НИЛ-24, ИПМ

Минск

Head of the Lab. 24, PMI

Minsk

Институт порошковой металлургии имени академика О. В. Романа (ИПМ)Pow­der Metallurgy Institute (PMI)Институт порошковой металлургии имени академика О. В. РоманаPowder Metallurgy Institute2025030920252346369Copyright © Олехнович В.А., Ильющенко А.Ф., Анчевский П.С., 20252025Олехнович В.А., Ильющенко А.Ф., Анчевский П.С.Aliakhnovich V.A., Ilyushchanka A.P., Ancheuski P.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/4183

Рассмотрен пульсирующий контурный термосифон как наиболее перспективное теплопередающее устройство для охлаждения теплонагруженных миниатюрных полупроводников, обладающее минимальными размерами испарителя и демонстрирующее плотность теплосъема более 120 Вт/см2. Основной недостаток данного типа термосифонов – высокое термическое сопротивление. Для повышения эффективности теплопередачи исследованы ультратонкие порошковые капиллярные структуры, являющиеся интенсификатором процесса испарения в испарителе контурного термосифона. Показано, что применение порошковой капиллярной структуры толщиной 140 мкм, изготовленной из фракции медного порошка ПМС-Н с размерами частиц 63–100 мкм, снижает термическое сопротивление контурного термосифона в три раза и повышает плотность теплосъема до 220 Вт/см2. Пульсирующий контурный термосифон может использоваться в эффективных системах охлаждения серверных станций, промышленных компьютеров, телекоммуникационного оборудования, где требуется отвод тепловыделения от миниатюрных полупровод­никовых компонентов в ограниченном пространстве плотной компоновки.

The article considers a pulsating loop thermosyphon as the most promising heat-transfer device for coo­ ling heat-loaded miniature semiconductors, which has minimal evaporator dimensions and demonstrates a heat removal density of more than 120 W/cm2. The main disadvantage of this type of thermosyphons is high thermal resistance. To improve the efficiency of heat transfer, ultra-thin powder capillary structures were studied, which intensify the evaporation process in the evaporator of the loop thermosyphon. It has been shown that the use of a 140 μm thick powder capillary structure made from a fraction of copper powder PMS-N with particle sizes of 63–100 μm to reduces the thermal resistance of a loop thermosyphon by three times and increases the heat flux density to 220 W/cm2. The pulsating loop thermosyphon can be used in efficient cooling systems for server stations, industrial computers, telecommunication equipment, where it is necessary to remove heat from miniature semiconductor components in a limited space of a dense arrangement.

охлаждение электроникитепловая трубаконтурный термосифонпорошковая капиллярная структураиспарительelectronics coolingheat pipeloop thermosyphonpowder capillary structureevaporatorReferencesJanicki, M. Modelling Electronic Circuit Radiation Cooling Using Analytical Thermal Model / M. Janicki, A. Napieralski // Microelectronics Journal. 2000. Vol. 31, Iss. 9–10. Р. 781–785.Janicki M., Napieralski A. (2000) Modelling Electronic Circuit Radiation Cooling Using Analytical Thermal Model. Microelectronics Journal. 31 (9–10), 781–785.Pokorni, S. Reliability Prediction of Electronic Equipment: Problems and Experience / S. Pokorni // Procee­dings of the 7th International Scientific Conference on Defensive Technologies OTEH, Belgrade, Serbia, 6–7 Oct. 2016.Pokorni S. (2016) Reliability Prediction of Electronic Equipment: Problems and Experience. Proceedings of the 7th International Scientific Conference on Defensive Technologies OTEH, Belgrade, Serbia, 6–7 Oct.The International Roadmap for Semiconductors. USA: Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2023.The International Roadmap for Semiconductors (ITRS) (2023). USA, Institute of Electrical and Electronics Engineers.Sohel Murshed, S. M. A Critical Review of Traditional and Emerging Techniques and Fluids for Electronics Cooling / S. M. Sohel Murshed, C. A. Nieto de Castro // J. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2017. Vol. 78, Iss. 1. P. 821–833.Sohel Murshed S. M., Nieto de Castro C. A. (2017) A Critical Review of Traditional and Emerging Techniques and Fluids for Electronics Cooling. J. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 78 (1), 821–833.Khudaiwala, A. Recent Developments in Thermal Management of Light-Emitting Diodes (LEDS) / A. Khudaiwala, R. L. Patel, R. Bumataria // Journal of Thermal Engineering. 2024. Vol. 10, Iss. 2. P. 517–540.Khudaiwala A., Patel R. L., Bumataria R. (2024) Recent Developments in Thermal Management of Light-Emitting Diodes (LEDS). Journal of Thermal Engineering. 10 (2), 517–540.Zhihao, Zhang. A Review of the State-of-the-Art in Electronic Cooling / Zhihao Zhang, Xuehui Wang, Yuying Yan // J. Advances in Electrical Engineering, Electronics and Energy. 2021. Vol. 1. P. 100–109.Zhihao Zhang, Xuehui Wang, Yuying Yan (2021) A Review of the State-of-the-Art in Electronic Cooling. J. Advances in Electrical Engineering, Electronics and Energy. 1, 100–109.Faghri, A. Heat Pipe Science and Technology / A. Faghri // Washington: Taylor & Francis DC, 1995. 1st ed.Faghri A. (1995) Heat Pipe Science and Technology. Washington, Taylor & Francis DC.Faghri, A. Review and Advances in Heat Pipe Science and Technology / A. Faghri // Journal of Heat Transfer. 2012. Vol. 134, Iss. 12.Faghri A. (2012) Review and Advances in Heat Pipe Science and Technology. Journal of Heat Transfer. 134 (12).Антигравитационные тепловые трубы с многосекционными порошковыми структурами / В. В. Мазюк [и др.] // Пористые проницаемые материалы: технологии и изделия на их основе: сб. докл. 7‑го Междунар. науч.-техн. симп., г. Раков, 19–20 окт. 2023. С. 274–280.Maziuk V. V., Ilyushchanka A. Ph., Aliakhnovich V. A., Ancheuski P. S. (2023) Antigravity Heat Pipe with Multi-Section Powder Wick. Porous Permeable Materials: Technologies and Products Based on Them, Proc. of the 7th International Scientific and Technical Symposium, Rakov, 19–20 Oct. 274–280 (in Russian).Maydanik, Y. High-Capacity Loop Heat Pipe with Flat Evaporator for Efficient Cooling Systems / Y. Mayda­nik, M. Chernysheva, S. Vershinin // Journal of Thermophysics and Heat Transfer. 2020. Vol. 34, Iss. 5. P. 1–11.Maydanik Y., Chernysheva M., Vershinin S. (2020) High-Capacity Loop Heat Pipe with Flat Evaporator for Efficient Cooling Systems. Journal of Thermophysics and Heat Transfer. 34 (5), 1–11.Khrustalev, D. Loop Thermosyphons for Cooling of Electronics / D. Khrustalev // Eighteenth Annual IEEE Semiconductor Thermal Measurement and Management Symposium. 2002. P. 145–150.Khrustalev D. (2002) Loop Thermosyphons for Cooling of Electronics. Eighteenth Annual IEEE Semiconductor Thermal Measurement and Management Symposium. 145–150.Олехнович, В. А. Теплопередающее устройство для охлаждения микроэлектроники / В. А. Олехнович, С. В. Конев // Тезисы докл. VI Минского Междунар. форума по тепло- и массообмену. Минск: ИТМО Нац. акад. наук Беларуси, 2008. Т. 2.Aliakhnovich V. A., Konev S. V. (2008) Heat Transfer Device for Microelectronics Cooling. Proc. of the VI Minsk Int. Forum on Heat and Mass Transfer. Minsk, Institute of Heat and Mass Transfer of the National Academy of Sciences of Belarus. Vol. 2 (in Russian).Олехнович, В. А. Теплопередающее устройство / В. А. Олехнович, С. В. Конев // Тепло- и массоперенос – 2008: сб. науч. тр. Минск: ИТМО Нац. акад. наук Беларуси, 2008.Aliakhnovich V. A., Konev S. V. (2008) Heat Transfer Device. Heat and Mass Transfer – 2008, Collection of Scientific Papers. Minsk, Institute of Heat and Mass Transfer of the National Academy of Sciences of Belarus (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.