אתגרים ניהוליים גמישים ומפוצלים באלקטרוניקה

ניהול תרמי באלקטרוניקה גמישה ומפוחדת: עמוק עמוק לתוך אתגרים ופתרונות

אלקטרוניקה גמישה ומפולגת עברו מתחנות מעבדה למציאות מסחרית, עם מוצרים כגון סדרת Samsung Galaxy Z Fold, Huawei Mate X, ומוניטורים שונים של בריאות לביש עכשיו בשוק.המכשירים האלה מציעים חופש עיצוב חסר תקדים, המאפשרים למסכים להתנדנדנד, רול, ו-Fackform ללא הפסקה, המעבר מגורמים נוקשים לצורות גמישות מציג אתגרים סטנדרטיים המשפיעים ישירות על תפקוד, חיי סוללה, ואמינות לטווח ארוך, אשר עלולים, אשר יכולים למנוע טמפרטורות גמישות, למנוע נוקשות, למנוע , למנוע טמפרטורות מורכבות, למנוע טמפרטורות מורכבות, ללא קירור, ללא קירור, ללא קירור, ללא קירור, ללא קירור, עם זאת, ללא פגע, ללא פגע, עם זאת, עם זאת, עם זאת, יכול למנוע נוקשות ביותר, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, למנוע נוקשות של תופעות לוואי, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, למנוע למערכות מורכבות קשה כדי למנוע למערכות מורכבות כדי למנוע למערכות מורכבות קשה כדי למנוע למערכות מורכבות כדי למנוע טמפרטורות מורכבות כדי למנוע למערכות מתכת קשיחות מורכבות כדי למנוע למערכות גמישות, למנוע

הבנת האתגרים הארוכים באלקטרוניקה גמישה

הבעיה העיקרית של PCB היא כי תת-שכבות גמישות - פולימרים קדחתניים כגון פולימידיד (PI), פוליאתילן terephthalate (PET), או פוליאורטיקן תרמופלסטי (TPU) - יש התנהגויות תרמיות בטווח של 0.1-0.3 W/mK, בהשוואה לטמפרטורות נחושת או אפילו סיליקון -150 W/m) ו/K, כלומר, הן יכולות להתפשט באופן יעיל יותר חם, כמו טמפרטורות חום או חום, או חום, מאוחר יותר, כמו גם כן, או חום.

עוד דברים מסובכים, מכשירים גמישים עוברים מתח מכני חוזר.התחילה מציגה מחסנים שיכולים להרוס חומרי ממשק תרמיים, לשבור תרמי חם דרך, או פערי אוויר דחוסים, שינוי מסלולי חום ללא משפט. אזור הירכיים המכאני בטלפונים מתקפלים הוא בעייתי במיוחד: זה חייב לאפשר סיבוב 180 מעלות תוך שמירה על רצף חשמלי ורחום על התצוגה גמישה ושני חצאים נוקשים של תאים עלולים לגרום לטמפרטורות מהירות או לגרום להפרעות.

חששות מהימנות להאריך מעבר להתחממות מיידית. Accumulated רכיבה תרמי - שבו המכשיר מחמם במהלך השימוש והקררים כאשר idle - יכול לגרום עייפות בכבלים גמישים, מפרקים מכר על מעגלים מודפסים גמישים (FPCs), ואת השכבות הדבקות המגבות את הערימה. מעל מאות או אלפי מחזורים, מתח תרמיים אלה משלבים עם התכת מכנית כדי להאיץ את הטמפרטורות, לדוגמה, אפילו יותר ויותר מתכתיבית, כדי להגביר את הגדלה של חום, כמו גם את הגדלה, ואפקטים, בין הטמפרטורות מיקרוסקופיות, לבין המיקרוגלוליות יותר, לבין הגדלה, אשר יכול להגדיל את הגדלה של חום, כמו גם את הגדלה.

בעיה נוספת היא כי ניהול תרמי באלקטרוניקה גמישה חייב להתמודד עם היד של המשתמש.בניגוד למחשב נייד שיושב על שולחן, טלפון מתקפל הוא לעתים קרובות מוחזק, ואת מגע העור פועל כמו כיור חום טבעי.אבל קירור פסיבי דרך היד של המשתמש הוא בלתי עקבי; זה תלוי זרימת דם, טמפרטורה ממתקפה, וכיצד המכשיר הוא חזק לא יכול להסתמך על זה על זה לא מבוקר, כך שהם חייבים לבנות מספיק זמן מתחת לטווח ארוך יותר מטווח C.

כדי להעריך את גודל האתגר, שקול כי בסמארטפון נוקשה טיפוסי, המעבד הראשי יכול לצייר 5-10 W הרגעי, ואת הגוף של הטלפון - עם זכוכית, מתכת וסוללה גדולה - פועל כמו buffer תרמי. in aquaable, אותו מעבד חייב להיות מוגבל יותר מדל, צורה קלה יותר, לעתים קרובות עם סוללה קטנה יותר ופחות מבנית התוצאה היא טמפרטורה שיכולה להיות דומה יותר מ -300% עבור מוצר קשה יותר מאשר יעיל יותר מאשר מודל ניהול קשה.

גורמים מרכזיים שגורמים לקשיים בניהול התרמו

מגבלות חומריות של סובסטרטים גמישים

כאמור, תת-קרקעיות פולימרים בשימוש באלקטרוניקה גמישה יש התנהגות תרמית נמוכה מטבעו, אבל זה לא רק את הבסיס substrate - את כל ערימה החומרית לתרום.שכבות מוליכים מוליכים מוליכים מוליכים מוליכים למסך מגע, כגון תת-חמצני (ITO) מכוסים בסרטים גמישים, יש שכבות חום גרועות כי הגנה על OLEDs מפני לחות ו נוטה גם להיות חלשות ב - 0.2 מטרדונות (מפסים) הם בדרך כלל לחץ דם) על מעגלים חמים יותר (מפסים) הם בדרך כלל חזק יותר) הם לעתים קרובות יותר נמוך יותר (מפסים).

מינימום מכשירים והכחשה גבוהה של כוח

מכשירים גמישים וגלויים לארוז רכיבים מתקדמים - כגון OLEDs מתקפלים ברזולוציה גבוהה, מצלמות מרובות, 5G מודמים, סוללות גדולות - כרכים כי הם לעתים קרובות דק יותר מ 7 מ"מ כאשר מתפתח. צפיפות הכוח (וואט לסנטימטר מעוקב) ביריבים אלה של כמה מעבדים הפעלה מהירה יותר, למשל, מרכזי של הטלפון יכול להכיל רק כמה מאות מטרים רבועים של תאים של מחזורית, אך ורק מתחת ל-C של ריבועים במהירות גבוהה יותר, עם קיבולת של תאים מתחת ל- 10 שניות.

צורות מכניות ו- Dynamic Heat Paths

אולי האתגר התרמי הייחודי ביותר באלקטרוניקה גמישה / כפולה הוא כי ארכיטקטורת זרימת החום משתנה בכל פעם שהמכשיר מתקפל או מתפתח.כאשר פתוח, המכשיר עשוי להיות שני מפיץ חום נפרדים מגשר על ידי קלטת תרמית גמישה או מחבר תרמי מתפתל יותר ויותר, שתי halves אלה מגובה שוב ושוב, חום מן המעבד במחצית יכול לעבור את הירכיים לכיוון ההפוך, אבל הלחץ הדינמיקה הדינמית על פני השטח הטמפרטורות לחץ איטי יותר על פני השטח.

איכות הסביבה ושימוש-Case Variability

אלקטרוניקה גמישה נמצאים בלבושים כי חייב לפעול בטווח רחב של סביבות - מימי קיץ חמים (45 מעלות צלזיוס) לתנאי חורף קרים (-20 מעלות צלזיוס) העיצוב התרמי חייב לקחת בחשבון את הקיצוניות האלה, אבל המסה תרמית הנמוכה של תת-שכבות פלסטיק פירושה כי הטמפרטורה של המכשיר יכול להתנדנד במהירות עם תנאי נשימה קשים.

אסטרטגיות יעילות ניהול הירומל במכשור גמיש ומפוצל

חוקרים ומהנדסים הציעו מגוון רחב של פתרונות, החל מחומרים מתקדמים עם תכונות תרמיות מונדסות לעיצובים אדריכליים דינמיים שמבדילים את נתיבי החום.הגישות המבטיחות ביותר יכולות להיות מקובצים לארבעה קטגוריות: חומרים חדשנות, אופטימיזציה לעיצוב, קירור פעיל וניהול תרמי ברמה המערכתית.

חומרים מתקדמים

קו ההגנה הראשון הוא להחליף או להגדיל את החומרים המוליכים הנמוכים עם חלופות המציעות הן גמישות והן תחבורה תרמית גבוהה. שני חומרים דו-ממדיים כגון גרפן ובורון ניטריד (h-BN) הופיעו כמועמדים מובילים.סרטים Graphene יכולים להשיג מוליכים תרמיים של 2000-5000 W/mK בכיוון התכנון, בעוד שנותרו גמישים וידידותיים וחברות קלות כמו XGRic עכשיו יכול לעמוד ב-Gramsicial מעגלים גמישים 10.

עוד מעמד חומרי משתמש ננווטים כסף (AgNWs) מוטבע במריצה פולימרנית. אלה מרוכבים יכולים להשיג מוליכות תרמיות של 30-100 W/mK בעודם גמישים ושקופה - דרישה קריטית עבור שכבות תצוגה רגישות מגע.חוקרים גם פיתח מתכת נוזלית (למשל, גליום-indium ⁇ s) מוטבעת רך כדי ליצור מולידים תרמיים שיכולים למנוע מפולקים בקפידה, ללא מטבולים אלה.

עבור ה- PCB סטראט עצמו, מורכב המשלב פולימר גמיש עם ממלא מוליכות גבוהה (כגון סיבים פחמן, פציפי גרפיט, או חלקיקים קרמיקה) מציעים קרקע ביניים מבטיחה.לדוגמה, תת-קרקעית פולימנית עמוסה עם 30% נפח של בורון nitride ננוגלי יכול להשיג מוליכות תרמית של 1.5 / mK - סדר של גודל טוב יותר מאשר טהור - בעוד שפחות גמישים מספיק כדי להיות מ-200,000 פעמים לטבוליות.

אופטימיזציה עיצובית: Thermal Vias, Heat Spreaders, Anisotropic Films

מעבר לחומרים, עיצוב גאומטרי חכם יכול לשפר באופן משמעותי את הניתוק החום.גישה אחת היא השימוש של דרך תרמי גמישה - עמודים מוליכים שעוברים דרך עובי של תת-קרקעי גמישה להעביר חום מרכיב חם בצד אחד למהנדסים נחושת בצד השני השני.אלה באמצעות מצע מתקדם ניתן לבצע באמצעות לחץ מלא נחושת או מלא יותר מלא של תאים מתקפלים, בדומה לאלה במעבדים קשיחים, אבל הם חייבים להיות מופעלים ביעילות על ידי מעבדים של 0.5%).

מפיץ חום מיקרו ערוצים הם עיצוב חדשני נוסף.במקום כיור חום מתכת מוצק, שכבת פולימר רזה עם מיקרו ערוצים משובצים (width - 50 μm) מלא נוזל התנהגות תרמי כמו מים או קירור דיאלקטרי. כאשר המכשיר משמש, כוחות capillary או משאבה אדזואלקטרית קטנה להפיץ את הנוזל, נושאת חום מנקודות חמות לאזור מרוחק שבו ניתן להוכיח את המיקרוגליבי אפילו תחת מיקרוסקופי כבד.

Anisotropy - עקיקת חום מעדיף לאורך כיוון אחד - יכול גם להיות מנוצל. Anisotropic pyrolytic גליונות גרפיטי (PGS) יש מוליכות תרמיות של עד 1500 W / mK אבל באמצעות ערכי מטוס של רק 10 W / mK. על ידי הצבת הסדינים מרובים אלה עם משקל גבוה שלהם מול הכיוון העיקרי של התפשטות תאים (למשל, כדי להיות גמישים) עם סוללת חום יעילה 2.

טכניקות קירור יעילות עבור מערכות גמישות

בעוד פתרונות פסיביים מועדפים לפשטותם ולאמינותם, כמה מכשירים גמישים – במיוחד אלה מעבדים חזקים דיור או סלילים טעינה אלחוטית – עשויים לדרוש קירור פעיל.מעריצים מסורתיים הם גדולים מדי, אך טכנולוגיות קירור מוצקות של המדינה מאופיינות לשילוב גמיש.אלקטרוקלי ותרמואלקטרי רק על ידי מודולים חמים אינטנסיביים (TECs) ניתן לבנות על תת-שכבות גמישות.

טכניקה פעילה נוספת משתמשת בחומרי שינוי שלב (PCMs) כי סופג חום כאשר הם מתמסים. לדוגמה, שעווה פרפין או חומצות שומן עם נקודות התכה סביב 40-45 מעלות צלזיוס ניתן לספוג את הצמידים גמישים ולהכניס מעל מעבד. במהלך פרץ של כוח גבוה, PCM סופג את החום המאוחר של היתוך (בדרך כלל 150-250 J), מונע את הטמפרטורה של 5 דקות מתוחכמות גבוהה יותר.

ניהול מערכת-Level Thermal Management ואדריכלות הסתגלות

לבסוף, ניהול תרמי באלקטרוניקה גמישה חייב להיחשב ברמת המערכת - מן השבב ועד ידו של המשתמש.זה כולל תוכנה לניהול חשמל דינמי כי התאמת מהירויות שעון ומתחים המבוססים על סקירות בזמן אמת של חיישן טמפרטורה מונחות במספר נקודות על המעגל הגמיש. מתקדם למידת מכונה יכול לחזות היווצרות מקום חם המבוסס על התנהגות המשתמש (למשל, זווית, קיפול, שימוש) והתאמה אקטיבית של פרמטרים של כוח תרמיים, יכול להפחתה פתאומית של 20%, יכול להיות מסוגל להפחתה של אינטראקציה מהירה של אינטראקציה עם לחץ דם, רק לאחר מכן, רק לאחר מכן, רק לאחר מכן, רק לאחר מכן, רק על ידי מעבד לחץ דם איטי, יכול להיות מסוגל לטמפרטורה נמוכה יותר, רק כדי להפחית את התדירות גבוהה יותר, רק על ידי התדירות גבוהה יותר, כלומר, לאחר מכן, רק על ידי לחץ דם נמוך יותר, זה יכול להיות מסוגל להפחית את התדירות גבוהה יותר, באופן קבוע, כלומר, לאחר מכן, לאחר מכן, באופן קבוע, באופן קבוע, באופן קבוע, לחץ דם נמוך יותר, לאחר מכן, לאחר מכן, באופן קבוע, לאחר מכן, באופן קבוע, לאחר מכן, לחץ דם נמוך יותר, לאחר מכן, לאחר מכן, זה יכול להיות מסוגל להפחית את הפחתת מערכת יחסים מהירה יותר, זה יכול להיות מסוגל להפחית את התדירות

ה- hinge עצמו יכול להיות מונדס כגשר תרמי.כמה טלפונים מתקפלים עכשיו להשתמש ציר רב קישור המשלב כריות תרמיות או מזחלות נחושת כי לשמור על קשר בין שני חצאים בעמדות פתוחות וסגורות. עיצוב זה עוזר להשוות טמפרטורות על פני המכשיר כולו, באמצעות שטח פני השטח גדול יותר של מעצבי הסוללה ואת החצי השני כמו חום, בנוסף, את he זה יכול לעתים קרובות כדי לספק נוזל אווירי מתאים כדי לספק את זה יכול להיות מסוגל לספק את זה יכול להיות פתוח.

גישה נוספת ברמת המערכת היא להשתמש במרכיבים מבניים של המתכת - כגון אמצע המסגרת או hinge brackets - כמו conduits תרמי, גם אם הם חייבים להיות מפורשים עבור גמישות.לוחות אלומיניום מחובר על ידי חזיונות נחושת גמישים דקים יכול לאפשר מבנה המתכת להיותנד תוך מתן נתיבי חום נמוכים עמידים, או "קפלי חום גמישים" הם למעשה של חוטים תרמיים עם קו רוחב דק או מכווץ נמוך יותר מאשר מכווץ חום.

תחזית עתיד: לקראת ניהול ללא ים ללא ים

קצב החדשנות בניהול תרמי אלקטרוניקה גמיש הוא מאיץ, מונע על ידי מחקר אקדמי ותחרות בתעשייה. אנו יכולים לצפות כמה התפתחויות בשנים הקרובות אשר יביאו מכשירים מתקפלים וגמישים קרוב יותר לביצוע התרמית של עמיתיהם הנוקשות.

חומרים וייצור

אחד בכיוון מבטיח הוא שילוב של גרפיט pyrolytic מוכוון מאוד (HOPG) סרטים עם עוביים תת-מיקרומטר שניתן להדפיס או להשחית בייצור המוני.עדיף לשלוט על ההיערכות גבישית של סרטי גרפן במהלך פיזור כימי (CVD) ייכנע אפילו גבוה יותר בהתנהגויות תרמיות מטוס.

אוטומציה של Design

ככל שהמכשירים גמישים הופכים להיות מורכבים יותר, כלי סימולציה תרמיים שמהווים תנאי קוהרנטיות מכניים ודינמית יהפכו לסטנדרט. פלטפורמות תוכנה מתפתחות כמו Ansys Icepak ו- COMSOL Multiphysics כבר מאפשרות למהנדסים זוג סימולציות תרמיות, מכניות וחשמליות לחזות כתמים חמים תחת תרחישים שונים של קפלרים שונים. בעתיד, כלים אלה יכולים להשתלב עם אלגוריתמים עיצוב אשר מייעלים את המיקום של תרמיים באמצעות חום, להפיץ, להפיץ ולצמצם את הרכיבים הפעילים על בסיס מודלים מתקדמים יותר של פתרונות טיפוליים ואפקטים מתקדמים.

שילוב עם אנרגיה קצירת ו-WiFi

גבול מרתק הוא ההתכנסות של ניהול תרמי עם קצירת אנרגיה.חום הפסולת ממכשיר גמיש יכול להיות התאושש חלקית על ידי גנרטורים תרמואלקטריים דק-סרט (TEGs) אשר להמיר ⁇ טמפרטורה לחשמל. A גמיש TEG להציב בין מעבד חם לבין תצוגת קר יחסית יכול לייצר מספיק כוח כדי להפעיל חיישן או להאריך את חיי הסוללה על ידי כמה אחוזים.

תקני תעשייה ובדיקת אחריות

אמון הצרכנים במכשירים מתקפלים על עמידות.כפתרונות ניהול תרמיים מתפתחים, סטנדרטים בתעשייה לבדיקות ביצועים תרמיים תחת מחזורי כפייה (למשל, IEC 60068-2-42 עבור אופניים תרמיים) חייבים להיות מותאמים לכלול טעינה מכנית.האגודה הטכנולוגית של מדינת מוצק JEDEC פועלת כיום על תקן עבור סיווג תרמי של חבילות מוליכים למחצה גמישות.

ניהול: ניהול תרמי כמפתח

(האלקטרוניקה גמישה) אינה רק מגמה חולפת; הם מייצגים שינוי יסודי כיצד אנו מעצבים ואינטראקציה עם מכשירים אלקטרוניים; עם זאת, שינוי זה אינו יכול להצליח ללא פתרון פאזל ניהול תרמי 7 (שילוב של תת-התנהגות נמוכה, ניתנות כוח גבוהה של 323) תרופות מכניות גמישות, ומגבלות ניהול משתמשים יוצרות בעיה מאתגרת ייחודית ניהול, חומרים, עיצוב, וטכניקות קירור פעיל המתוארות בהצעה זו של תוכנות גמישות ל- 10 מעלות צלזיוס, אשר יתפתחו במהירות, כדי לספק פתרונות מתקדמים, אשר יהיו יעילים יותר, אשר יהיו גמישים, אשר יהיו יעילים יותר, אשר יהיו יעילים יותר, אשר יהיו גמישים, אשר יהיו יעילים יותר, אשר יהיו מקבצי תוכנה מתקדמת של תוכנות מ-מחדשניים, ומאובטחים, אשר יהיו גמישים, אשר יהיו זמינים, אשר יהיו זמינים, ופתרונות מתקדמים, אשר יהיו יעילים יותר, אשר יהיו יעילים יותר, אשר יהיו יעילים יותר, אשר יהיו גמישים, אשר יהיו גמישים, אשר יהיו זמינים עבור תוכנות ניהול כלי ניהול גרף של תוכנות מקבצי אבטחה, אשר יהיו גמישים, אשר יהיו זמינים עבור תוכנות ניהול גרפים מתקדמים, אשר יהיו זמינים עבור תוכנות הגנה על ידי תוכנות ניהול גרפים מתקדמים, אשר יהיו זמינים עבור תוכנות מתקדמות, אשר יהיו גמישים, אשר יהיו