لوکیا پاپادوپولوس -22 مه 2022 -آتش در ریزتراشه Petrovich9/iStock
همه ما تجربه گرم شدن بیش از حد یکی از دستگاه های الکترونیکی خود را داشته ایم. نیازی به گفتن نیست که وقتی این اتفاق می افتد، هم برای دستگاه و هم برای محیط اطراف آن خطرناک می شود. اما با توجه به سرعت کار دستگاه ها، آیا گرمای بیش از حد قابل اجتناب است؟
افزایش 740 درصدی توان در هر واحد
محققان دانشگاه ایلینویز در Urbana-Champaign (UIUC) و دانشگاه کالیفرنیا، برکلی (UC Berkeley) اخیرا اختراعی را ارایه کرده اند که می تواند سیستمهای الکترونیکی را موثرتر از راه حل های جایگزین دیگر خنک کند و امکان افزایش 740 درصدی توان در هر واحد را فراهم کند.
Tarek Gebrael، نویسنده اصلی تحقیق جدید و دکترای UIUC دانشجوی مهندسی مکانیک توضیح داد که راه حل های خنک کننده فعلی سه مشکل خاص دارند. او گفت: “اول، آنها می توانند گران باشند و افزایش آنها دشوار است.”
او نمونه ای از پخش کننده های حرارتی ساخته شده از الماس را مطرح کرد که آشکارا بسیار گران هستند. دوم، او توضیح داد که چگونه رویکردهای معمولی پخش گرما معمولاً پخش کننده گرما (وسیله ای برای دفع مؤثر گرما) در بالای دستگاه الکترونیکی قرار می دهند. متأسفانه، “در بسیاری از موارد، بیشتر گرما در زیر دستگاه الکترونیکی تولید می شود”، به این معنی که مکانیسم خنک کننده جایی نیست که بیشتر مورد نیاز است.
سوم، Gebrael توضیح داد که پخش کننده های حرارتی را نمی توان مستقیماً روی سطح وسایل الکترونیکی نصب کرد. آنها نیاز به یک لایه از “مواد رابط حرارتی” دارند که بین آنها قرار گیرد تا از تماس خوب اطمینان حاصل شود. با این حال، این ماده دارای ویژگی های انتقال حرارت ضعیف است که در نتیجه تأثیر منفی بر عملکرد حرارتی دارد.
خوشبختانه، محققان راه حل جدیدی ارائه کرده اند که هر سه این مشکلات را برطرف می کند.
آنها با استفاده از مس به عنوان ماده اصلی شروع کردند که بدیهی است ارزان است. گابریل گفت: سپس آنها پوشش مسی را کاملاً دستگاه را “بلع” کردند – “روش بالا، پایین و طرفین را می پوشاند… یک پوشش منسجم که تمام سطوح در معرض دید را می پوشاند” و تضمین می کند که هیچ ناحیه تولید کننده گرما بدون محافظت باقی نمی ماند. . در نهایت، راه حل جدید نیاز به مواد رابط حرارتی و یک هیت سینک را برطرف می کند.
گابریل گفت: «در مطالعه خود، پوشش‌های خود را با روش‌های استاندارد حرارت مقایسه کردیم. آنچه که ما نشان دادیم این است که می‌توانید عملکرد حرارتی بسیار مشابه یا حتی عملکرد بهتری را با روکش‌ها در مقایسه با هیت سینک‌ها دریافت کنید.
حذف هیت سینک و رابط حرارتی همچنین تضمین می کند که دستگاهی که از راه حل جدید استفاده می کند به طور چشمگیری کوچکتر از نمونه های معمولی خود است. گابریل افزود: “و این به معنای توان بسیار بالاتر در واحد حجم است. ما توانستیم 740 درصد افزایش توان در واحد حجم را نشان دهیم.”
استفاده از مس به جای الماس
IE با وی تماس گرفت تا بفهمد چرا مس را به عنوان ماده جایگزین انتخاب کرده است. این مهندس گفت: دلیل استفاده از مس این است که اولاً رسانایی حرارتی نسبتاً بالایی دارد و ثانیاً فرآیندهایی که برای رسوب گذاری روکش مس استفاده می کنیم در صنعت الکترونیک شناخته شده است (مانند الکترولس و آبکاری مس. نکته جدید ترکیب این فرآیندها در دستور العمل جدید برای توسعه پخش کننده های حرارتی پوشش مسی بود. همچنین، مس بسیار ارزان تر از الماس است. ما می دانستیم که مس گرما را به طور موثر دفع می کند زیرا در حال حاضر به طور گسترده در پخش کننده های حرارتی استاندارد استفاده می شود. چالش این بود که به صورت الکتریکی آن را از وسایل الکترونیکی جدا کنیم تا از اتصال کوتاه جلوگیری کنیم. ما این کار را با گذاشتن یک پوشش پلیمری نازک منسجم بر روی قطعات الکترونیکی انجام دادیم و سپس پوشش مسی منسجم را روی آن اضافه کردیم. پلیمرها عایق های الکتریکی خوبی هستند و از این رو فیلم پلیمری موفق شد جریان نشتی از لوازم الکترونیکی به پوشش مس را به حداقل برساند.
این مطالعه در Nature Electronics منتشر شده است.
