电子设备的新型热管理技术

电子设备产生热量，而这些热量必须要被排出。否则，高温会影响设备功能，甚至损坏设备及其周围环境。

目前，来自UIUC和加州大学伯克利分校的一个团队在《Nature Electronics》杂志上发表了一篇论文，详细介绍了一种新的冷却方法，该方法提供了许多好处，其中最重要的一点是空间效率，与传统方法相比，该方法大大提高了设备的单位体积功耗。

论文第一作者、UIUC机械工程博士生Tarek Gebrael解释说，现有的解决方案存在三个缺点。“首先，它们可能昂价格贵，且很难扩大规模，”他表示。例如，金刚石制成的散热器有时可用于芯片级应用，但并不便宜。

其次，传统的散热方法通常要求将散热器和散热片（一种有效散热的装置，散热器将热量导向该装置）安装在电子设备的顶部。然而，在许多情况下，大部分热量都是在电子设备的下部产生的，这意味着冷却机制并没有位于所需的位置，从而获得最佳性能。

最后，最先进的散热器不能直接安装在电子设备的表面；必须在它们之间夹一层‘热界面材料’，以确保良好的接触。然而，由于其较差的传热特性，中间层也会对热性能产生负面影响。

新的解决方案解决了上述这三个问题。

首先，使用的主要材料是相对便宜的铜。其次，Gebrael表示，铜涂层完全‘吞没’了设备——“覆盖设备的整个顶部、底部和侧，裸露在外的所有表明都覆盖上了一层保形涂层——这样就不会忽略任何发热区域。第三，不需要热界面材料，设备和铜散热片基本是一体的。此外，不需要散热片。

“在我们的研究中，我们将我们的涂层与标准散热方法进行了比较，”Gebrael说道。“采用我们的方法，与散热片相比，涂层可以获得非常相似的热性能，甚至更好的性能。”然而，使用新解决方案的设备比使用体积庞大的散热器的设备要小得多。“这意味着单位体积的功耗要高得多。我们能够证明单位体积的功耗增加了740%。” Gebrael补充道。

这在实际应用中有很大的差异。“假设你有多块印刷电路板，”Gebrael表示。“与使用传统的液体或空气冷却散热器相比，使用我们的涂层时，您可以在同一体积内堆叠更多的印刷电路板。”

论文合著者、UIUC机械科学与工程副教授兼Gebrael顾问Nenad Miljkovic表示，“这项技术将两种独立的热管理方法结合：近结设备级冷却和板级热扩散。Tarek与加州大学伯克利分校团队的合作使我们能够使用非筒仓式电热机械技术开发方法来开发解决方案，以解决多个行业所面临难题。”

该团队还在研究涂层的可靠性和耐久性，这对行业接受度至关重要。这篇论文已经表明，这种涂层既可以在空气中使用，也可以在水中使用，后者是“浸入式冷却”应用所必需的。该团队目前正在研究该涂层在沸水、沸腾介质流体和高压环境中的可靠性。他们还将在全尺寸电源模块和GPU卡上使用涂层，而在最初的工作中他们只使用简单的测试板。

这些尝试将使新的解决方案朝着工业和商业生产又迈进了一大步，该解决方案可应用于多种应用，包括电力电子冷却、数据中心热管理和电机冷却等。