تطبيقات وحدات بلتييه الصغيرة، ووحدات توليد الطاقة الحرارية الكهربائية الصغيرة في مجالات الإلكترونيات الضوئية وغيرها

تُعدّ مُبرّدات بلتييه، وأجهزة بلتييه، ووحدات التبريد الكهروحرارية (TEC) حلولاً أساسيةً للتحكم الدقيق في درجة الحرارة، وتبديد الحرارة الموضعي، والإدارة الحرارية في البيئات القاسية في المجالات التقنية المتقدمة، وذلك بفضل مزاياها الجوهرية المتمثلة في كونها صلبة بالكامل، وخالية من الاهتزازات، وذات زمن استجابة بالمللي ثانية، وتحكم دقيق في درجة الحرارة يصل إلى ±0.01 درجة مئوية، وإدارة حرارية ثنائية الاتجاه. وتغطي هذه الحلول قطاعات حيوية مثل الاتصالات الضوئية، وشبكات الجيل الخامس (5G)، ومراكز البيانات.

1. الاتصالات الضوئية وشبكات الجيل الخامس / مراكز البيانات (السيناريوهات الأساسية الضرورية)

وحدة Micro TEC، وحدة كهروحرارية دقيقة، وحدة بلتييه دقيقة لرقائق الليزر DFB/EML وأجهزة الكشف: توفر درجة حرارة ثابتة ±0.1 درجة مئوية لقمع انحراف الطول الموجي وضمان إشارات بصرية مستقرة لمسافات طويلة/عالية السرعة (400G/800G)؛ استهلاك الطاقة للوحدة الواحدة < 1 واط، والاستجابة < 10 مللي ثانية.

مضخمات طاقة محطات الجيل الخامس / الترددات اللاسلكية: تبديد حراري موضعي لمضخمات طاقة نيتريد الغاليوم وهوائيات المصفوفة الطورية. وحدة تبريد كهروحرارية (مبرد بلتييه) قطعة واحدة بحجم 40 مم × 40 مم، قادرة على خفض درجة حرارة الوصلة بمقدار 22 درجة مئوية عند حمل حراري 80 واط، مما يحسن موثوقية النظام بنسبة 30%.

الربط البصري لمراكز البيانات: التحكم في درجة الحرارة للوحدات البصرية عالية الكثافة المثبتة على الرفوف، واستبدال التبريد السائل لمعالجة النقاط الساخنة المحلية وقيود المساحة.

ثانياً: تصنيع أشباه الموصلات والتغليف المتقدم (ضمان دقة عالية للعمليات)

الطباعة الحجرية / تطبيق المواد اللاصقة / التطوير: تطبيق المقاوم الضوئي، والتحكم في درجة حرارة سائل التلميع CMP، مع الحفاظ على التقلبات ضمن **±0.1 درجة مئوية**، لمنع تشوه الرقائق وخشونة السطح التي تتجاوز المعايير بسبب الإجهاد الحراري.

اختبار الرقاقات / التقادم: تحكم دقيق في درجة حرارة منصة اختبار التقادم ومحطة الفحص، مما يضمن معدل إنتاج مستقر. وقد تم الاستغناء عن المعدات المستوردة بفضل المعدات المحلية.

التغليف المتقدم (ثلاثي الأبعاد/الرقاقة): تبديد الحرارة الموضعي والتوازن الحراري بين الرقاقات المكدسة لحل مشكلة عدم التوافق الحراري في المواد غير المتجانسة.

ثالثاً: الطب وعلوم الحياة (التحكم الدقيق في درجة الحرارة + التغير السريع في درجة الحرارة)

تفاعل البوليميراز المتسلسل / التسلسل الجيني: ارتفاع وانخفاض سريع في درجة الحرارة (-20 درجة مئوية إلى 105 درجة مئوية)، ودقة تحكم في درجة الحرارة ±0.3 درجة مئوية. هذه هي وحدة التحكم الأساسية في درجة الحرارة لتضخيم الأحماض النووية وتسلسل الحمض النووي.

التصوير الطبي (التصوير المقطعي المحوسب/التصوير بالرنين المغناطيسي/الموجات فوق الصوتية): التبريد الموضعي لأنابيب الأشعة السينية، والمغناطيسات فائقة التوصيل، ودرجة الحرارة الثابتة لمجسات الموجات فوق الصوتية، مما يحسن استقرار جهد الأنبوب إلى 99.5%، ويطيل وقت العمل المستمر.

تخزين العينات البيولوجية / اللقاحات: نطاق واسع لدرجة الحرارة (-80 درجة مئوية ~ 200 درجة مئوية)، تخزين خالٍ من الاهتزاز، مناسب للقاحات mRNA والخلايا الجذعية وعينات البروتين للحفاظ على سلسلة التبريد والحفظ المختبري.

الأدوات الجراحية / العلاج بدرجة الحرارة المنخفضة: التحكم في درجة حرارة الأدوات الجراحية طفيفة التوغل، ومعدات البلازما / العلاج بالتبريد بدرجة حرارة منخفضة، لتحقيق تبريد موضعي دقيق.

رابعاً: الإلكترونيات الضوئية الليزرية والأشعة تحت الحمراء (جودة الشعاع + حساسية الكشف)

الليزر الصناعي/البحثي: ألياف، الحالة الصلبة، رنانات الليزر فائقة السرعة / وسط الكسب درجة حرارة ثابتة، جودة الشعاع تقلب M² < ±0.02، استقرار الطول الموجي < 0.1 نانومتر.

كاشفات الأشعة تحت الحمراء (النوع المبرد): كاشفات InGaAs وMCT ذات التبريد العميق (190K – 250K)، تعزز حساسية التصوير بالأشعة تحت الحمراء / الاستشعار عن بعد، وتستخدم لأغراض الأمن وعلم الفلك والاستطلاع العسكري.

تقنية الليدار (LiDAR): وحدات إرسال/استقبال الليدار من الدرجة الصناعية / من الدرجة المستخدمة في السيارات، مع التحكم في درجة الحرارة، والتكيف مع البيئات القاسية من -40 درجة مئوية إلى 85 درجة مئوية، وضمان دقة قياس المسافة.

خامساً: الطيران والدفاع (البيئات القاسية + الموثوقية العالية)

الأقمار الصناعية/الطائرات: كاميرات على متنها، وحمولات اتصالات، وأنظمة ملاحة بالقصور الذاتي مع التحكم في درجة الحرارة، قادرة على تحمل الفراغ، وتقلبات درجات الحرارة الشديدة (-180 درجة مئوية إلى 120 درجة مئوية)، بدون أجزاء متحركة، مع عمر افتراضي يزيد عن 100000 ساعة.

الإلكترونيات المحمولة جواً/بحراً: أجهزة الراديو، والاتصالات، وتبريد معدات مكافحة الحرائق، ومقاومة للاهتزاز والصدمات، وتلبي متطلبات الموثوقية العسكرية.

استكشاف الفضاء السحيق: حجرات الأجهزة لمركبات المريخ والقمر مع إدارة حرارية، باستخدام وحدة التبريد الكهروحرارية، ووحدة كهروحرارية، وجهاز بلتييه، وعنصر بلتييه، ووحدة TEC للتحكم ثنائي الاتجاه في درجة الحرارة لتحقيق توازن درجة الحرارة بين الليل والنهار.

سادساً: مركبات الطاقة الجديدة وقمرة القيادة الذكية (تحديث إدارة الحرارة)

حزمة البطارية: تحكم دقيق في درجة الحرارة المحلية للخلايا/الوحدات (25 درجة مئوية ± 2 درجة مئوية)، مما يعزز كفاءة الشحن السريع، وعمر الدورة، وأداء التفريغ في درجات الحرارة المنخفضة.

قمرة القيادة الذكية: شاشات مركزية OLED/Mini LED، وإضاءة خلفية AR HUD مع تحكم ثابت في درجة الحرارة (<35 درجة مئوية)، مما يمنع احتراق الشاشة ويحسن دقة الألوان؛ تحتوي BYD Haolei Ultra على مصفوفة TEC فائقة الرقة مدمجة (بسمك 1.2 مم).

رادار الليزر للمركبة / وحدة التحكم في المجال: رقائق حوسبة عالية الأداء، وتبديد حرارة المستشعر، مما يضمن إدراكًا مستقرًا واتخاذ قرارات للقيادة الذاتية.

سابعاً: الإلكترونيات المتطورة والأجهزة الدقيقة (نقاط ساخنة محلية + بدون اهتزاز)

الحوسبة عالية الأداء (HPC/AI): تبديد الحرارة الموضعي لوحدات معالجة الرسومات/وحدات المعالجة المركزية، ورقائق ASIC، ومعالجة تركيز النقاط الساخنة في التغليف ثلاثي الأبعاد و Chiplet، مع دقة التحكم في درجة الحرارة **±0.1 درجة مئوية**.

القياس الدقيق / الأدوات البصرية: مقياس التداخل، مجهر عالي الدقة، التحكم في درجة حرارة المطياف، القضاء على انحراف درجة الحرارة، دقة القياس تصل إلى مستوى النانومتر.

الأجهزة القابلة للارتداء / الواقع المعزز / الواقع الافتراضي: وحدة تبريد كهروحرارية دقيقة، وحدة كهروحرارية، وحدة بلتييه دقيقة، وحدة كهروحرارية دقيقة لسماعات الرأس والساعات الذكية لتبديد الحرارة الموضعي والتحكم في درجة حرارة جسم الإنسان، مما يعزز راحة الارتداء.

ثامناً: سيناريوهات أخرى متطورة

الحوسبة الكمومية / الموصلية الفائقة: البتات الكمومية، رقائق فائقة التوصيل مع تحكم مساعد في درجة الحرارة عند درجات حرارة منخفضة (من mK إلى K) لقمع الضوضاء الحرارية.

الطاقة الجديدة (الخلايا الكهروضوئية / تخزين الطاقة): تبريد الغطاء الخلفي للوحدة الكهروضوئية، وتبديد الحرارة لمحول تخزين الطاقة (PCS)، وتحسين كفاءة التحويل.

مختبر الرقائق الدقيقة / الموائع الدقيقة: التحكم الدقيق في درجة حرارة القنوات الدقيقة وغرف التفاعل، المستخدمة في التخليق الكيميائي وفحص الأدوية.

المزايا التقنية الأساسية (مفتاح التكيف مع السيناريوهات المتقدمة)

يعمل بالكامل بتقنية الحالة الصلبة: لا يحتوي على ضاغط، ولا يحتوي على مادة تبريد، ولا يحتوي على اهتزازات، ويتميز بانخفاض مستوى الضوضاء، وهو مناسب للبيئات الدقيقة / النظيفة.

ثنائي الاتجاه دقيق: التبديل بنقرة واحدة بين التبريد والتدفئة، دقة التحكم في درجة الحرارة ±0.01 درجة مئوية، زمن الاستجابة < 10 مللي ثانية.

التصغير: الحد الأدنى للحجم 1×1 مم، والسمك < 0.5 مم، مناسب للتكامل عالي الكثافة.

موثوقية عالية: لا يوجد تآكل ميكانيكي، عمر افتراضي > 100000 ساعة، قابل للتكيف مع درجات الحرارة والرطوبة القصوى وبيئات الاهتزاز.