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新型散热技术问世,可使电路功率密度提高740%

2022-05-23 17:09
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随着电子电路越来越复杂,组件越来越多种,导致电子电路自身产生的热量越来越高,而热量在很大程度上可以说是电子设计工程师最大的“难题”,它是阻碍电子产品变小的关键限制因素之一,若电路无法及时散热,热量无法从电路中排出,将导致电路发生故障,甚至有安全事故发生的概率。
通常,电子电路的堆叠晶片形状散热器是将热量从敏感区域传导出去,并在不会造成麻烦的地方进行散热,但它们无法从设备的底部排出热量,而常见的热量问题大多是底部产生的。
而且,市场上较好的散热器是由昂贵的材料(如钻石)制成的,且无法直接安装到元件的表面上,若是没有一层“热界面材料”,虽然可以改善接触情况,但也抑制了散热性能。
该研究团队将研究重点放在如何不引入昂贵材料的前提下,从根本上解决电子电路的热量排放。最终通过实验,得出结论“首先在设备上涂上一层聚氯代对二甲苯膜的电气层,然后再涂上一层铜的保形层。这使得铜与发热元件接近,消除了对热界面材料的需求。”

7cb0817596f284604efd78f74c518c.png从本质上来讲,这种方法可以完全覆盖电子产品的所有暴露表面,包括顶部、底部和侧面。该设备和散热器作为一个整体,它的性能与散热器一样有效。
该研究团队在氮化镓功率晶体管上测试该冷却方法,结果令人出乎意料,对于单个电路,冷却效果尚可,但将它们堆叠在一起时,效果大幅提升。据研究团队的负责人,来自伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的博士生Tarik Gebrael表示“当你使用我们的涂层时,与你使用传统的液体或空气冷却的散热器相比,你可以在相同的体积内堆叠更多的印刷电路板......。这就意味着每单位体积的功率要高得多。我们能够证明单位体积的功率增加了740%。”
除此之外,该涂层也能应用在空气和水冷却的应用,虽然还需要进一步的测试,以了解该解决方案在沸水、沸腾的电介质流体、高压应用以及比研究中使用的简单测试装置更复杂的电路中的耐久性。
该项研究及具体细节已整理发表在知名学术杂志《自然-电子学》上。

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