Nouseva ja kehittyvä jäähdytystekniikka
Kaksiulotteiset materiaalit
Kaksiulotteisilla materiaaleilla tarkoitetaan materiaaleja, joissa elektronit voivat liikkua vapaasti nanometrin mittakaavassa vain kahdessa ulottuvuudessa, eli elektronit voivat liikkua vain tasossa. Yleisiä kaksiulotteisia materiaaleja ovat grafeeni, kuusikulmainen boorinitridi, superhilat, kvanttikuopat jne. Sen erittäin hyvän lämmönjohtavuuden ansiosta sähkösirujen pakkauksissa voidaan käyttää kaksiulotteisia materiaaleja lämmön haihtumisen tehostamiseksi. Grafeenin tyypillisenä edustajana on erittäin korkea lämmönjohtavuus 5300 W/(m·K) vahvan sp2-sidoksensa ansiosta, jota voidaan käyttää lupaavana lämmönpoistomateriaalina. Monissa asiakirjoissa on raportoitu, että erilaisia grafeenipohjaisia kalvoja, grafeenipaperia, monikerroksisia grafeeni-/epoksipolymeerimateriaaleja ja grafeenilevyjä voidaan käyttää sähkölaitteiden lämmönpoistokerroksina. Kuusikulmaisen boorinitridin, kaksiulotteisena materiaalina, joka johtaa lämpöä, mutta ei johda sähköä, lämmönjohtavuus on 390 W/(m·K), ja laajenemiskerroin on pienin tällä hetkellä tunnetuista keraamisista materiaaleista. Kuva 6 on kaaviokuva kaksiulotteisten materiaalien käyttämisestä IGBT:n (Insulated Gate Bipolar Transistor) pakkaamiseen.
Numeerisen simulaation avulla Liu Shutian et al. havaitsi, että kaksiulotteinen huokoinen materiaali, jolla on paras lämmönpoistokyky, on eräänlainen säännöllinen kuusikulmainen mikrorakenne. Wu Xiangshui ja muut esittelivät yksityiskohtaisesti kaksiulotteisten materiaalien lämmönjohtavuuden mittaustekniikan ja erilaisten kaksiulotteisten materiaalien lämmönjohtavuuden. Bao Jie käyttää kaksiulotteista kerrosmateriaalia, kuusikulmainen boorinitridiä, ratkaisemaan suuritehoisten elektronisten laitteiden lämmönpoisto-ongelman ja ehdottaa suunnitelmaa sen lämmönpoistovaikutuksen tehostamiseksi. Grafeenin lämmönpoistosovellus kaksiulotteisissa materiaaleissa on edustavin. Kirjoittaja uskoo, että grafeenikalvo voidaan peittää sirulla elektronisen sirun lämmönpoiston aikana ja kuusikulmainen boorinitridi voidaan täyttää pakkaushartsissa, joka voi olla erittäin suuri. Lämmönvastuksen alenemisaste. Kaksiulotteinen materiaalilämmönpoisto on tällä hetkellä teollisuudessa kehitysvaiheessa, ja tällä alalla on vielä paljon kuljettavana. Kun kypsät, kaksiulotteiset materiaalit loistavat varmasti lastun lämmön hajauttamisen alalla.
2.2 Ionituulen lämmönpoisto Kun sähkökenttä kohdistetaan terävän pinnan ja tylpän pinnan väliin, suuri määrä negatiivisia ioneja ionisoituu lähellä terävää pintaa ja suuri määrä positiivisia ioneja syntyy lähelle tylppä pintaa. Positiiviset ja negatiiviset ionit on neutraloitava, ja negatiiviset ionit lentävät pois positiivisiin ioneihin. Ionien liike aiheuttaa suurta häiriötä ympäröivään nesteeseen. Hitauden vuoksi muut ilmassa olevat molekyylit pakotetaan liikkumaan yhdessä, jolloin syntyy ionituulta. Kuva 7 on kaaviokuva ionituulen synnytyksestä. Ionituulen lämmönpoistoteknologian keksi ensimmäisen kerran professori Alexander Mamishev vuonna 2006. Tessera, maailmanlaajuinen elektronisten tuotteiden miniatyrisointiteknologian toimittaja, lanseerasi Electrohydro Dynamic (EHD) -lämmönpoistoratkaisun, joka perustuu ionituulen lämmönpoistoon. Pinta-ala on vain 3 cm2 ja se voidaan asentaa. Kannettavassa tietokoneessa. Tämän lämmönpoistomenetelmän suurin etu on, että siinä ei ole mekaanista mekanismia eikä synny melua. Ionituulen lämmönpoistossa on joitain ongelmia. Esimerkiksi järjestelmän energiankulutus voi kasvaa, ja ionituulen tuottama sähkömagneettinen säteily vaikuttaa myös ihmisten terveyteen. Nämä ongelmat on kuitenkin ratkaistu. Ongelmat pölyntorjuntaan ja käyttöiän pidentämiseen ovat edelleen ratkaisematta.
Yllä olevien useiden lämmönpoistomenetelmien lajittelun ja analysoinnin jälkeen ei ole vaikea nähdä, että elektronisten laitteiden jatkuvan päivityksen ja edistymisen myötä elektroniikkalaitteiden lämmönpoistomenetelmät tavoittelevat yhä enemmän siirrettävyyttä ja tehokkuutta. Vaikka elektroniset laitteet ja elektroniset sirut ovat tarkempia ja kompakteja, ne aiheuttavat myös lämmönpoistoongelmia. Lämpötilan vaikutus elektroniikkalaitteisiin heijastuu pääasiassa kahdella tavalla: toinen on sirun lämpövika ja toinen jännitysvaurio. Yllä olevia lämmönpoistomenetelmiä verrattaessa voidaan todeta, että jos yhdessä menetelmässä yksinään on liikaa puutteita, voidaan käyttää useita menetelmiä lämmön hajauttamiseen, kuten: ionituuli ja pakotettu ilmajäähdytys lämmön hajauttamiseen; vaiheenmuutosenergian varastointi- ja lämpöputket lämmönpoistoon; 2. Mittamateriaalit pakataan ja yhdistetään muihin lämmönpoistomenetelmiin."5D elektroninen veri" on erittäin lupaava tekniikka, ja se tulee olemaan suuri muutos kehitettäviin elektronisiin laitteisiin. Kaksiulotteisten materiaalien käyttö elektroniikkalaitteiden pakkaamisessa ja mikrokanavien käyttö pohjalevyssä yleistyvät ja eri tilanteisiin on valittava muita lämmönpoistomenetelmiä. Kirjoittaja henkilökohtaisesti pitää parempana faasimuutosenergian varastointijäähdytystä ja lämpöputkijäähdytystä.
Tällä hetkellä lämmönpoiston teoreettinen tutkimus on suhteellisen valmis, mutta siinä on myös monia teknisiä vaikeuksia. Lämmönpoistoteknologian pullonkaulaongelma estää välillisesti myös elektroniikkalaitteiden jatkokehitystä. Matkaa on pitkä. Nykyisten ongelmien läpimurto ja parempien lämpöä hajottavien materiaalien löytäminen tulee aina olemaan kuuma kysymys lämmönpoiston alalla.
