I. Aluminiu vs. Diamant
Odată cu apariția erei puterii de calcul AI, soluțiile tradiționale de conducție termică și disipare trebuie să depășească urgent blocajele-Aluminiul metalic are o conductivitate termică de aproximativ 240 W/(m·K), semnificativ mai mare decât majoritatea materialelor ceramice. Pulberea sferică de aluminiu poate fi utilizată ca umplutură în grăsimile termice, plăcuțe termice sau materiale cu schimbare de fază-, aplicată între așchii și radiatoare metalice în scenarii în care izolarea electrică nu este necesară sau poate fi realizată prin proiectare structurală. Diamantul, pe de altă parte, se remarcă prin conductibilitatea termică excepțională (aproximativ 2000 W/(m·K) pentru monocristale la temperatura camerei) și coeficientul scăzut de dilatare termică (CTE). Nu este doar considerată o direcție importantă de cercetare, ci a fost dezvoltată și aplicată în diverse produse, inclusiv compozite cupru (aluminiu)/diamant, compozite cu carbură de siliciu/diamant, materiale cu film subțire-CVD, acoperiri cu nanoparticule și materiale TIM care încorporează micropulbere de diamant.
II. Analiza problemelor si solutii
Este necesară o introducere în formula „R=BLT / (λ × A)”. Aici, R reprezintă rezistența termică, BLT (Bond Line Thickness) este grosimea liniei de legătură, λ este conductivitatea termică a materialului și A este aria de contact. Această formulă arată intuitiv că rezistența termică, ca măsură a capacității unui material de a împiedica fluxul de căldură, este invers proporțională cu conductivitatea termică. BLT poate fi ușor de înțeles ca lungimea căii de conducție a căldurii, care este direct proporțională cu rezistența termică și, prin urmare, invers proporțională cu conductivitatea termică.
Fără îndoială, diamantul are o conductivitate termică λ mai mare decât aluminiul. Cu toate acestea, în practică, „creșterea semnificativă a vâscozității grăsimii siliconice limitează cantitatea de umplere a pulberii de diamant”. Cercetătorii, inginerii și tehnicienii din industria pulberilor sunt cu siguranță familiarizați cu provocările cu care se confruntă domnul Liu. Soluțiile comune includ:
1, Tratamentul de acoperire a suprafeței pentru a reduce interacțiunile particulelor și pentru a îmbunătăți compatibilitatea dintre umplutură și matrice, abordând probleme precum energia de suprafață ridicată care provoacă o aglomerare ușoară.
2, Ajustarea morfologiei particulelor și a distribuției dimensiunii particulelor. Pulberile sferice sau sferoidale oferă o fluiditate mai bună și o vâscozitate mai mică. Combinarea particulelor de diferite dimensiuni permite particulelor mai mici să umple golurile dintre cele mai mari, formând o rețea conductoare termic mai densă și mai eficientă, cu aceeași fracțiune de volum total sau chiar mai mică.
3, Optimizarea proceselor de dispersie sau utilizarea aditivilor pentru a se asigura că pulberea de umplutură este dispersată complet și uniform, evitând discontinuitățile locale care ar putea compromite performanța generală.
Dincolo de aceste metode, construcția și optimizarea structurilor conductoare termic implică strategii de selecție și combinare a materialelor mai complexe și mai diverse. De exemplu, particulele mari de un singur-cristal au o structură bine-ordonată, aproape fără granițe defecte, reducând la minimum împrăștierea fononilor și permițând căldurii să se transfere fără obstacole prin rețeaua cristalină. Un alt exemplu sunt particulele poliedrice, care pot realiza „contact față-{-față” între planurile cristaline, spre deosebire de „contact-la-punct-la-punct” al particulelor sferice, crescând semnificativ aria de transfer de căldură. În plus, pot fi utilizate sinergii cu mai multe-componente sau mai multe-morfologie, cum ar fi folosirea de fulgi sau tije (cu raporturi de aspect ridicate) realizate din aceleași materiale sau materiale diferite pentru a construi rețele conductoare termic mai eficiente.