Powstająca i rozwijająca się technologia chłodzenia
Materiały dwuwymiarowe
Materiały dwuwymiarowe odnoszą się do materiałów, w których elektrony mogą poruszać się swobodnie w skali nanometrycznej tylko w dwóch wymiarach, to znaczy elektrony mogą poruszać się tylko w płaszczyźnie. Typowe materiały dwuwymiarowe to grafen, heksagonalny azotek boru, supersieci, studnie kwantowe itp. . Ze względu na bardzo dobrą przewodność cieplną materiały dwuwymiarowe mogą być stosowane w opakowaniach chipów elektronicznych w celu zwiększenia rozpraszania ciepła. Grafen, jako typowy przedstawiciel, ma ultra-wysoką przewodność cieplną 5300 W/(m·K) dzięki silnemu wiązaniu sp2, które może być wykorzystane jako obiecujący materiał rozpraszający ciepło. W wielu dokumentach doniesiono, że jako warstwy rozpraszające ciepło w urządzeniach elektronicznych można stosować różne folie na bazie grafenu, papier grafenowy, wielowarstwowe materiały grafenowe/epoksypolimerowe i arkusze grafenowe. Sześciokątny azotek boru, jako dwuwymiarowy materiał przewodzący ciepło, ale nie przewodzący elektryczności, ma przewodność cieplną 390 W/(m·K), a współczynnik rozszerzalności jest najniższy spośród obecnie znanych materiałów ceramicznych. Figura 6 jest schematycznym diagramem użycia dwuwymiarowych materiałów do pakowania IGBT (tranzystor bipolarny z izolowaną bramką).
Poprzez symulację numeryczną Liu Shutian i in. odkryli, że dwuwymiarowy materiał porowaty o najlepszych parametrach rozpraszania ciepła jest rodzajem regularnej mikrostruktury heksagonalnej. Wu Xiangshui i inni szczegółowo przedstawili technologię pomiaru przewodności cieplnej materiałów dwuwymiarowych oraz przewodność cieplną różnych materiałów dwuwymiarowych. Bao Jie wykorzystuje dwuwymiarowy, warstwowy, heksagonalny azotek boru, aby rozwiązać problem rozpraszania ciepła w urządzeniach elektronicznych o dużej mocy i proponuje plan dalszego wzmocnienia jego efektu rozpraszania ciepła. Najbardziej reprezentatywne jest zastosowanie rozpraszania ciepła grafenu w materiałach dwuwymiarowych. Autor uważa, że film grafenowy można pokryć na chipie podczas odprowadzania ciepła z chipa elektronicznego, a heksagonalny azotek boru można wypełnić żywicą opakowaniową, która może być bardzo duża. Stopień zmniejszenia oporu cieplnego. Dwuwymiarowe rozpraszanie ciepła z materiałów znajduje się obecnie w fazie rozwoju w branży, a w tej dziedzinie jest jeszcze długa droga. Gdy dojrzałe, dwuwymiarowe materiały z pewnością zabłysną w zakresie odprowadzania ciepła od wiórów.
2.2 Rozpraszanie ciepła przez wiatr jonowy Gdy pole elektryczne zostanie przyłożone między ostrą a tępą powierzchnią, duża liczba jonów ujemnych zostanie zjonizowana w pobliżu ostrej powierzchni, a duża liczba jonów dodatnich zostanie wygenerowana w pobliżu tępej powierzchni. Jony dodatnie i ujemne muszą zostać zneutralizowane, a jony ujemne odlatują do jonów dodatnich. Ruch jonów spowoduje duże zakłócenie otaczającego płynu. Z powodu bezwładności inne cząsteczki w powietrzu poruszają się razem, generując wiatr jonowy. Rysunek 7 jest schematycznym diagramem generowania wiatru jonowego. Technologia rozpraszania ciepła przez wiatr jonowy została po raz pierwszy wynaleziona przez profesora Alexandra Mamisheva w 2006 roku. Tessera, globalny dostawca technologii miniaturyzacji produktów elektronicznych, wprowadził na rynek rozwiązanie rozpraszania ciepła Electrohydro Dynamic (EHD) oparte na rozpraszaniu ciepła przez wiatr jonowy. Powierzchnia wynosi tylko 3cm2 i można ją zamontować. W laptopie. Największą zaletą tej metody rozpraszania ciepła jest brak mechanizmu mechanicznego i brak hałasu. Istnieją pewne problemy z rozpraszaniem ciepła wiatru jonowego. Na przykład zużycie energii przez system może wzrosnąć, a promieniowanie elektromagnetyczne generowane przez wiatr jonowy będzie miało również wpływ na zdrowie ludzi. Jednak problemy te zostały rozwiązane. Nadal rozwiązywane są problemy, jak zapobiegać pyleniu i jak przedłużyć żywotność.
Po uporządkowaniu i przeanalizowaniu powyższych kilku metod rozpraszania ciepła, nietrudno zauważyć, że wraz z ciągłą aktualizacją i postępem urządzeń elektronicznych, metody rozpraszania ciepła urządzeń elektronicznych w coraz większym stopniu dążą do przenośności i wyższej wydajności. Chociaż urządzenia elektroniczne i chipy elektroniczne są bardziej precyzyjne i kompaktowe, powodują również problemy z rozpraszaniem ciepła. Wpływ temperatury na sprzęt elektroniczny odzwierciedla się głównie w dwóch aspektach: jednym jest uszkodzenie termiczne chipa, a drugim uszkodzenie naprężeniowe. Porównując powyższe metody rozpraszania ciepła, jeśli jedna metoda ma zbyt wiele braków, do rozpraszania ciepła można zastosować wiele metod, takich jak: wiatr jonowy i wymuszone chłodzenie powietrzem w celu rozpraszania ciepła; magazynowanie energii ze zmianą fazy i rury cieplne do rozpraszania ciepła; 2. Materiały wymiarowe są pakowane i łączone z innymi metodami rozpraszania ciepła."5D elektroniczna krew" jest bardzo obiecującą technologią i będzie to duża zmiana w rozwoju sprzętu elektronicznego. Zastosowanie dwuwymiarowych materiałów do pakowania sprzętu elektronicznego oraz zastosowanie mikrokanalików na płycie dolnej będzie coraz szerzej stosowane, a inne metody odprowadzania ciepła muszą być dobierane do różnych sytuacji. Autor osobiście preferuje chłodzenie fazowe z magazynowaniem energii i chłodzenie rurek cieplnych.
Obecnie badania teoretyczne nad rozpraszaniem ciepła są stosunkowo kompletne, ale jest też wiele trudności technicznych. Problem wąskiego gardła technologii rozpraszania ciepła również pośrednio utrudnia dalszy rozwój sprzętu elektronicznego. Przed nami długa droga. Przełamanie bieżących problemów i znalezienie lepszych materiałów rozpraszających ciepło zawsze będzie gorącym tematem w dziedzinie rozpraszania ciepła.
