Minęły prawie dwa lata, odkąd 5G wkroczyło na scenę komercyjną, a branża zaczęła nabierać kształtów. W lipcu br. z danych Ministerstwa Przemysłu i Informatyzacji wynikało, że mój kraj zbudował największą na świecie niezależną sieć sieciową 5G, otworzył 961,000 5 stacji bazowych 5G, a liczba połączeń terminalowych 365G sięgnęła 1,600 mln. Obecnie realizowanych jest blisko 5 projektów „XNUMXG+Internet przemysłowy”.
Era 5G przyniosła transmisję o wysokiej częstotliwości i dużej prędkości, ale przyniesie również większe wyzwania związane z zużyciem energii i wytwarzaniem ciepła dla obiektów i urządzeń końcowych. Na przykład telefony komórkowe 5G są unowocześniane w kierunku wyższej wydajności, wyższej jakości ekranu, lepszej integracji, są lżejsze i cieńsze, a ich kompleksowe wytwarzanie ciepła znacznie wzrosło w porównaniu z telefonami komórkowymi 4G. Pod względem stacji bazowych pobór mocy stacji bazowych 5G osiągnął pojedynczą stację. 2~3 razy w porównaniu z pojedynczą stacją bazową 4G.
Eksperymenty wykazały, że niezawodność elementów elektronicznych spada o 10% za każdym razem, gdy temperatura elementów elektronicznych wzrasta o 2°C. Akumulacja ciepła spowodowana pracą produktów elektronicznych spowoduje, że produkty elektroniczne będą się nagrzewać, zamarzać, ulegać awariom, a nawet eksplodować. Zarządzanie termiczne produktami elektronicznymi stało się kluczem do pilnej potrzeby rozwiązania przez branżę.
Jednak tradycyjne rozwiązanie z pojedynczym chłodzeniem nie spełnia już zróżnicowanych wymagań dotyczących chłodzenia produktów o wysokiej wydajności. Biorąc za przykład telefony komórkowe 5G, branża uważa, że wymagania dotyczące rozpraszania ciepła w telefonach komórkowych 5G nie są zwykłymi ulepszeniami rozpraszania ciepła, ale muszą osiągnąć kompleksową poprawę dzięki nowym materiałom rozpraszającym ciepło i trójwymiarowej konstrukcji rozpraszania ciepła.
Jak więc branża zarządzania ciepłem powinna nadal wprowadzać innowacje i rozwijać się? Jakie są obecnie najpopularniejsze materiały do zarządzania ciepłem i schematy projektowe?
1. Omówienie wielomateriałowej i trójwymiarowej połączonej metody rozpraszania ciepła produktów elektronicznych
Temperatura źródła ciepła jest równa iloczynowi temperatury otoczenia plus moc grzewcza i opór przenoszenia ciepła. Chen Jiliang powiedział, że obecne wymagania dotyczące temperatury komponentów elektronicznych nie uległy zmianie, ale ilość wytwarzanego ciepła znacznie wzrosła. Intuicyjnym żądaniem jest zmniejszenie oporu wymiany ciepła.
Sposoby zmniejszenia oporu cieplnego obejmują zwiększenie przewodności cieplnej, zwiększenie emisyjności, zmniejszenie odległości wymiany ciepła, zwiększenie powierzchni i zwiększenie natężenia przepływu. Ale rzeczywistość jest okrutna. Biorąc za przykład chipy, zużycie energii jest coraz wyższe, ale powierzchnia i wielkość nie wzrosły z roku na rok.
„Pojedyncza metoda nie może już zaspokoić zapotrzebowania na przewodzenie ciepła”. Powiedział, że jeśli chodzi o środki materiałowe, przemysł poszukuje materiałów o wyższej przewodności cieplnej i wyższej emisyjności powierzchniowej, ale postęp technologii materiałowej nie nadąża za tempem wzrostu wytwarzania ciepła; w środkach konstrukcyjnych Z jednej strony przemysł dąży do większego obszaru i większej przestrzeni do rozpraszania ciepła, ale jest to sprzeczne z wielofunkcyjnością i kompaktowością produktów; Jeśli chodzi o metody wzmacniania, przemysł stosuje wymuszone chłodzenie powietrzem, pośrednie chłodzenie cieczą, zanurzeniowe chłodzenie cieczą itp. Technologia, ale w ten sposób powoduje wzrost kosztów, hałas, wibracje i inne problemy.
2. Refleksje i przełomy w koncepcji projektowania materiałów termoprzewodzących w epoce post-Moore’a
„Projektowanie materiałów termoprzewodzących to złożony system inżynierii, a nie tylko poprawa przewodności cieplnej”. powiedział Li Zhaoqiang.
Weźmy na przykład chip. Chip rozwija się w kierunku integracji i dużej mocy, a efekt jeziora barierowego przynosi różne ukryte zagrożenia i problemy z rozpraszaniem ciepła. Tradycyjne przewodzenie ciepła przyjmuje wzór „żywica + proszek”, ale przewodność cieplna żywicy jest niska, mniej niż 0.5 W/mK. Ponadto rozwiązanie ma pojedynczą ścieżkę przewodzenia ciepła, która ma wady obwodu otwartego, a objętość wypełnienia materiału wzrosła do wąskiego gardła. „Wykorzystywanie materiałów o wysokiej przewodności cieplnej jako fazy ciągłej i konstruowanie zorientowanych na ścieżki przewodzenia ciepła może dodać dodatkowe ścieżki zarządzania ciepłem”.
Przełamując istniejące pomysły projektowe, Li Zhaoqiang zaproponował ogólny plan na poziomie układu scalonego i poziomowania, taki jak ciekły metal, zorientowane materiały z włókna węglowego, materiały o przemianie fazowej itp. „Korzystanie z tych samych materiałów i przełomowych projektów może również przynieść przełomowe wyniki”.
3. Industrializacja i zastosowanie grafenowej folii termicznej
„Nasz przebieg procesu obróbki termicznej folii grafenowej obejmuje przygotowanie, rozkład, powlekanie, cięcie, obróbkę wstępną, karbonizację, grafen, kalandrowanie, filmowanie, wykrawanie i pakowanie placka filtracyjnego z tlenku grafitu”. – powiedział Wang Hongczun.
Podczas przygotowywania placka filtracyjnego z tlenku grafitu płatki grafitu są utleniane w silnie stężonym kwasie zawierającym silny utleniacz, a następnie poddawane są procesom takim jak wytrawianie, płukanie wodą i filtracja w celu uzyskania placka filtracyjnego z tlenku grafitu. W ogniwie wstępnej dyspersji placek filtracyjny z tlenku grafitowego jest mieszany z wodą w określonej proporcji, a następnie wstępnie dyspergowany przez mieszalnik w celu uzyskania całkowicie eksfoliowanej zawiesiny tlenku grafenu.
Powiedział, że grafenowa folia termiczna jest lepsza niż arkusz sztucznego grafitu, „Przewodność cieplna i równomierność temperatury grafenowej folii rozpraszającej ciepło są lepsze niż ta sama grubość sztucznego grafitu, a właściwości mechaniczne grafenowej folii termicznej są również silniejsze ”.
4. Zarządzanie termiczne mocą akumulatora litowo-jonowego lub systemem magazynowania energii
W dziedzinie baterii litowych zachęty związane z bezpieczeństwem baterii spowodują, że bateria będzie generować ciepło. Gdy szybkość wytwarzania ciepła jest większa niż szybkość rozpraszania ciepła, temperatura akumulatora wzrośnie i spowoduje reakcję łańcuchową materiałów akumulatora, co skutkuje niestabilnością cieplną.
Jiang Fangming uważa, że czynniki związane z baterią i środowiskiem pracy są długoterminowymi czynnikami ewolucyjnymi, a także przyczyną niektórych bodźców zewnętrznych. Oczekuje się, że analiza, wykrywanie i ocena ich praw ewolucyjnych zapewni wczesne ostrzeganie o stanie bezpieczeństwa systemu.
Ponadto w procesie stopniowych zmian granicy bezpieczeństwa baterii konieczna jest regularna aktualizacja progu kontrolnego oraz badanie ewolucji stanu bezpieczeństwa wewnętrznego.
5. Nanomateriały: spotkaj się, aby stać się „cool” i zapobiec przegrzewaniu się produktów elektronicznych
Zespół fizyków z University of Colorado w Boulder rozwiązał zjawisko w dziedzinie nanotechnologii, które sprawia, że są one zagadkowe: dlaczego niektóre ultramałe źródła ciepła są zebrane razem, aby szybciej się ochładzały. Odkrycie to zostanie opublikowane w Proceedings of the National Academy of Sciences i w przyszłości może pomóc sprzętowi elektronicznemu w przemyśle technologicznym zmniejszyć ciepło i zwiększyć prędkość działania.
Badania te rozpoczęły się od niewytłumaczalnego zjawiska. W 2015 roku naukowcy eksperymentowali z metalowymi paskami wielokrotnie cieńszymi niż włosy na krzemowym podłożu. Kiedy podgrzano te metalowe paski laserem, zaszły dziwne zmiany.
Ich zachowanie jest bardzo nienormalne. Te źródła ciepła w nanoskali zwykle mają bardzo niską wydajność rozpraszania ciepła, ale jeśli są ciasno owinięte, ostygną szybciej.
W nowym badaniu naukowcy wykorzystali symulacje komputerowe do śledzenia ciepła emitowanego przez paski o rozmiarach nanometrowych. Stwierdzono, że gdy źródła ciepła zostaną połączone, wibracje energii generowane przez źródła ciepła odbijają się od siebie, rozpraszają ciepło i schładzają paski.
Wyniki badań kładą podwaliny pod projektowanie ultramałych urządzeń nowej generacji, takich jak mikroprocesory czy chipy komputerów kwantowych. Naukowcy są przekonani, że pewnego dnia inżynierowie mogą wykorzystać to niezwykłe zachowanie, aby lepiej uchwycić przepływ ciepła w małych urządzeniach elektronicznych.
6. Materiały powłokowe, które rozpraszają ciepło poprzez „pot”
Produkty elektroniczne zwykle wykorzystują wentylatory do chłodzenia, ale ta metoda jest głośna, zużywa dużo energii i nie nadaje się do małych produktów elektronicznych, takich jak telefony komórkowe. Zespół chińskich naukowców opracował niedawno powłokę rozpraszającą ciepło dla produktów elektronicznych, która może rozpraszać ciepło jak pot.
Metaloorganiczny materiał szkieletowy to nowy rodzaj porowatego materiału, który jest bardzo popularny w ostatnich latach i ma dużą wartość aplikacyjną w katalizie, magazynowaniu energii i separacji. Zespół profesora Wang Ruzhu ze Szkoły Inżynierii Mechanicznej i Energetycznej Uniwersytetu Jiaotong w Szanghaju opublikował badanie w American Journal of Joule 22 grudnia, mówiąc, że zainspirował ich mechanizm pocenia się ssaków i znalazł metaloorganiczny materiał szkieletowy o nazwie MIL-101(Cr). Materiał ten może magazynować duże ilości wody i uwalniać parę wodną po podgrzaniu, aby odebrać ciepło.
W eksperymencie zespół badawczy pokrył i podgrzał trzy 16-centymetrowe blachy aluminiowe o grubości 198 mikronów, 313 mikronów i 516 mikronów. Wyniki pokazały, że niepowleczoną blachę aluminiową nagrzano do 60 stopni Celsjusza w 5.2 minuty, najcieńszą powlekaną blachę aluminiową rozgrzano do tej samej temperatury w 11.7 minuty, a najgrubszą powlekaną blachę aluminiową zajęło 19.35 minut.
Zespół badawczy przetestował również urządzenie mikrokomputerowe. W porównaniu z niepowlekanym radiatorem MIL-101 (Cr), radiator pokryty tym materiałem obniżył temperaturę chipa urządzenia o 7 minut po tym, jak urządzenie obliczeniowe pracowało pod dużym obciążeniem przez 15 minut. Stopnie Celsjusza.
Naukowcy zwrócili uwagę, że materiał użyty w eksperymencie waży mniej niż 0.3 grama, ale największym wyzwaniem w realizacji zastosowań przemysłowych jest nadal kwestia kosztów. Naukowcy wzywają do wzmocnienia odpowiednich badań i obniżenia kosztów metaloorganicznych materiałów szkieletowych.
Link do tego artykułu: Jak rozwiązać problem odprowadzania ciepła z produktów elektronicznych?
Oświadczenie o przedruku: Jeśli nie ma specjalnych instrukcji, wszystkie artykuły na tej stronie są oryginalne. Proszę wskazać źródło przedruku: https://www.cncmachiningptj.com/，thanks！
PTJ® zapewnia pełen zakres niestandardowej precyzji 
