ניהול תרמי הפך לאחד האתגרים העיצוביים הקריטיים ביותר באלקטרוניקה המודרנית.כפי שהמכשירים מתכווץ בגודל תוך הגדלת צפיפות החשמל, החום שנוצר בתוכם עולה במקביל.ללא פיזור חום יעיל, רכיבים יכולים להתחמם יתר, המוביל לביצועים בריכיטלינג, מופחת תוחלת החיים, או כישלונות קטסטרופליים הפכו למגוון פתרונות, ממעריצי קירור פעילים ועד להפרעות מורכבות.

מאמר זה חוקר את המדע מאחורי חומרים גלקטיים, כיצד הם מועסקים באלקטרוניקה, היתרונות שלהם על גישות ניהול תרמי קונבנציונלי, ואת המחקר המתמשך המבטיח להפוך אותם אפילו יותר יעילים בעתיד.

מה הם חומרים גלקטיים?

בלבו, חומר אקוטי הוא תערובת מסוימת של שני מרכיבים או יותר כי נמסים ומדכאים בטמפרטורה יחידה, מוגדרת בחדות – הנקודה האקטקטית.זה בניגוד לרוב ⁇ או תערובת, אשר נמסים על פני טווח של טמפרטורות.במערכת אקולוגית מסוימת, הרכיבים משולבים בדרגות כאלה שהנקודת ההמיסה של התערובת נמוכה יותר מאשר נקודת ההיתוך של כל מרכיב יוונית: 0-) משינוי טהור, כלומר, מאשר במובן מסוים, מאשר במובן מסוים, הוא מעבר לטמפרטורה של חומר אטי, כלומר, מאשר במובן מסוים, הוא שונה לחלוטין, כלומר, מאשר במובן מסוים, כלומר, כלומר, הוא מ"מפרק 1 אטמוספירה, מאשר במובן מסוים, מאשר במובן מסוים, מאשר במובן מסוים, כלומר, מ"מסוגל- 1 (כלומר, מאשר במובן מסוים, מ"מסוג של חומר אטי"מסוג של חומר אטמוספירה"מטווח 1"מסוג של חומר אטי"מפרק רגיל,"מטווח 1"מפרק רגיל"מטווח 1"מפרק "נמוך"מטווח של חומר שטף"מטווח 1"מטווח 1"מטווח 1"מפרק "נמוך" 1" (כלומר,"מטווח 1" 1"

התנהגות זו היא הטובה ביותר הדמיה על תרשים שלב, אשר מבססת טמפרטורה מול הרכב.הדמיה של מערכת אקוטית מראה תכונה אופיינית: 0eutectic PointFLT:1 שבו נוזל ו קו מוצקוס נפגשים.בשלב זה, שלב מוצק מתמיס ישירות לתוך שלב צ'אט קבוע עם אזור שני-phase.

חומרים לא-אינטקטיים

כדי להעריך את היתרון, להשוות חומר שינוי שלב אקוטי (PCM) עם מחשב PCM קונבנציונלי לא גלקטית a paraffin שעווה, למשל, נמס על טווח של כמה מעלות, כלומר הטמפרטורה שלו תעלה לאט לאט אפילו כאשר הוא סופג חום במהלך תהליך ההיתוך. לעומת, מחשב אלקטרוני M ישמר טמפרטורה קבועה עד שהוא נמס לחלוטין, לספק גרגר תרמי מדויק של תאים אפילו על ידי צומת VT VIC VT.

כיצד חומרים גלקטיים פועלים באלקטרוניקה

במכשירים אלקטרוניים, חומרים אקוטיים משולבים בעיקר בשני צורות: כמו חומרים ממשקים מדרגה (TIMs) ,FLT:1 ו-FLT:2phase Change Materials (PCMs) 3LT, אם כי הם מופיעים גם במפרקים מוכרים, מאפים נוזליים, ומפיץ חום.

חומרים מרשימים (TIM)

חומרי ממשק תרמי לגשר על הפערים המיקרוסקופיים בין רכיב שנוצר חום (כגון CPU למות) ואת כיור חום.TIMs כוללים גריזות תרמיות, כריות וג'לים. Eutectic מבוסס TIM, לעתים קרובות נקרא "מעבורת מתכת נוזלית" (כולל עומס חום) באופן כללי, כולל עומסי חום קצרים (כמו גלימה תרמית או נתרן) כי הם לעתים קרובות סובלים מטמפרטורה נמוכה ביותר (בטווח חום) על פני שטח בינוני גבוה יותר מ- 3.

חומרים לשינויי שלב גלקטיים (PCMs)

חומרים של שינוי שלב סופגים חום על ידי התכה ושחרורו על ידי מוצקה.כאשר מוטבעים בתוך כיור חום או ממוקם ישירות על רכיב חם, מחשב אלקטרונים אקוטי פועל כמו capacitor תרמי: הוא סופג את ספייק חום transient שנוצר במהלך עומס חישוב כבד דירוג גבוה, שמירה על הצומת C בהירה בדיוק, לאחר העומסים להפחית את ההתקנים, PCM מוצקות, שחרור החום המאוחסן בהדרגה על ידי ה-ידי ה-ידי ה-ידי ה-iC נוזל-iC הנכון מאפשר נקודת ה-S מדויק כדי לספק סגסוגת הרצויה של טמפרטורת נוזל ניקוי.

מכורים וחום מתפשט

מכרים גלקטיים היו עמוד ראשי של אלקטרוניקה במשך עשרות שנים.לדוגמה, מכרה tin-lead tin-lead (REC/37Pb) שימש במשך כמה מרכיבים על פני השטח בגלל נקודת ההיתוך הנמוכה שלה וגמישות מעולה, אפילו עם המעבר למכרים מובילים, ⁇ כגון סניאק-Cu (SAC) קרוב לשכבת אחסון גמישה, כמו גם עם תוספת יעילה של חום חזק, כמו גם עם תוספת יעילה של חום חזק של חום, כמו גם עם תוספת יעילה של חום, כמו גם עם תוספת יעילה, כמו גם עם שינוי חזק של חום חזק, כמו גם עם תוספת יעילה, כמו גם עם תוספת יעילה של חום חזק של טמפרטורות מתוחה, כמו גם עם תוספת יעילה יותר מאשר חיתוך גמישה, כמו גם עם המעבר של חום חזק של חום חזק של חום חזק של חום חזק של 2.

היתרונות של שימוש בחומרים Eutectic עבור תקנות

היתרונות של חומרים אקוטיים בניהול תרמי אלקטרוניקה הם רבים ו- היטב.למטה הם היתרונות העיקריים שהופכים אותם לעמוד.

המונחים: obting Point

היתרון הקריטי ביותר הוא ה-FLT:0 single, טמפרטורה קבועה של היתוך 1:1 (בניגוד רבים PCMs המציגים טווח נמס, ⁇ גלקטיות לספק גורם תרמי מוחלט.זה חיזוי מאפשר למעצבים להגדיר טמפרטורה הפעלה מדויקת עבור החיץ התרמית התרמית, להבטיח כי המכשיר שומר על הטמפרטורה התפעולית האידיאלית שלו ללא פתרון יתר.

המונחים:

⁇ אקוטית רבות, במיוחד אלה המכילים מתכות כמו גליום, נתרן, או tin, יש מוליכות תרמי בטווח של 20-80 W / mK, הרבה מעל 0.2-0.5 W / mK של PCMs טיפוסי. זה התנהגות גבוהה פירושה כי חום ניתן לבצע במהירות לתוך המחשב, צמצום ⁇ טמפרטורה ושיפור חום הכולל.

אחריות וארוכותיות

מחשבים גלקטיים הם חומרי שינוי טבעיים בלבד; הם אינם עוברים השפלה כימית במהלך מחזורי ההריסה וההפצה של מחזורים.גם לאחר אלפי מחזורים, הם שומרים על יכולת החום המאוחרת שלהם וטמפרטורת שלב משתנה.עמידה זו חיונית לאלקטרוניקה שחווה מחזורי מחזורי יומי (למשל, טלפונים חכמים, מחשבים ניידים) או עבור מערכות שצפויות לפעול באופן אמין במשך שנים בסביבות קשות.

מינימלית Lag ו High Latent Heat

מכיוון שהמעבר בשלב מתרחש בטמפרטורה קבועה, חומרים אקוטיים מגיבים כמעט מיד כאשר הטמפרטורה המטבולית חוצה את נקודת ההמיסה. בשילוב עם חום גבוה של היתוך (לעתים קרובות 50–100 J/g או יותר), הם יכולים לספוג אנרגיה משמעותית לפני כל עליית הטמפרטורה מתרחשת.זה הופך אותם יעילים במיוחד לטיפול בעומסי חום טרנספורמטיביים, כגון התפרצויות של מעבדים.

נכסים מתאימים

על ידי התאמת ההרכב של ⁇ eutectic, מהנדסים יכולים בקלות לנקז את נקודת התכה לטמפרטורה הרצויה, למטה עד כמה מעלות. לדוגמה, ⁇ גליום-indium-indium-tin ניתן לנסח כדי להמיס בכל מקום מ -20 מעלות צלזיוס ל +100 מעלות צלזיוס. טונה זו מאפשרת פתרונות מותאמים אישית עבור יישומים ספציפיים - ⁇ דלת ל LED כי חייב להישאר מתחת 60 מעלות צלזיוס, או סגסוגת גבוהה עבור כלי רכב עבור מודולים.

יישומים באלקטרוניקה

חומרים גלקטיים מועסקים על פני מגוון רחב של מכשירים ומערכות אלקטרוניות.שימושם גדל כדרישות לביצועים גבוהים יותר, מיניורינג ואמינות התגברו.

מיקרו-מעבדים ו-CPUs

מעבדים מתקדמים במחשבי שולחן העבודה, השרתים ומרכזי הנתונים מייצרים חום אינטנסיבי במהלך עומסי עבודה כבדים.מתכת נוזלית TIM המכילים גליום-indium eutectic ⁇ s הפכו פופולריים בקרב חובבי ומנהלי השרתים כדי לשפר את העברת החום מן CPU למות לקרר.חומרים אלה יכולים להפחית את הטמפרטורות CPU על ידי 5-15 מעלות צלזיוס בהשוואה לעברים תרמיים קונבנציונליים, המאפשרים גבוהים יותר או ניתוח רפיח שקט, בנוסף למעבד CPU CPU קצר ב-C.

חשמל אלקטרוניקה

Insulated-gate bi קוטבי טרנזיסטורים (IGBTs) ו-MoaFET בממירי חשמל, מופנים ונהגים מוטוריים להתמודד עם זרמים משמעותיים ומתחים, המוביל לדור חום משמעותי. מכרים Eutectic משמשים לנספח למות כדי substrates, ו eutectic PCM חום מתפשטים לתוך מודולים כדי להחליק את תנודות הטמפרטורה (EV) בתוך מערכת יעילה, למשל, יכול לספוג מגבלות חום מאובטחות, כדי לספוגים בטוח ב-cotexate.

LED תאורה מערכות

דיודות אור-הפחתת אור (LEDs) רגישים לטמפרטורה; מעל טמפרטורת הצומת הדירוג להפחית את הפלט האור ומקצר את תוחלת החיים. מכיוון נורות LED לעתים קרובות סגורה ומוקרות באופן פסיבי, ספיגות טמפרטורה יכולות להתרחש. שכבה דקה של PCM צלולה ממוקם בין חבילת LED ואת כיור חום יכול לספוג את הספיקים האלה, שמירה על הטמפרטורה מתחת לנקודת ההיתוך הנמוכה (למשל, 4 ° C).

ניהול סוללות וחיסכון באנרגיה

סוללות ליתיום-יון לייצר חום במהלך הטעינה וניתוק, וטמפרטורה מוגזמת יכולה להאיץ הזדקנות או לגרום ריצות תרמית. Eutectic PCMs משולבים לתוך ערכות סוללות כמו אלמנטים ניהול תרמיים.לדוגמה, תערובת מלח אקוטית (כגון נתרן Nitrate / potiaumtrate ectic) עם נקודה נמס סביב 230 מעלות צלזיוס יכול לשמש מחסום בתאים עתירי גבוה, בעוד סגסוגת חום (טמפרטורה נמוכה יותר).

מכרה ואסיפה

מכרים גלקטיים נשארים עמוד השדרה של הרכבה אלקטרונית. חלופות ללא מטרות כמו SAC305 (96.5% tin, 3% כסף, 0.5% נחושת) יש תכונות חד-פעמיות עם נקודת התכה סביב 217°C. מכרים אלה מספקים חיבורים חשמליים תרמיים אמינים בין רכיבים ולוחמי מעגלים מודפסים.ההתנהגות המסה מדויקת מבטיחה כי כל המפרקים על לוח מוצקה בטמפרטורה זהה, צמצום הסיכון של פגמים קרים או זעזועים.

נקניקיות ו- Vapor Chambers

כמה כיור חום מתקדם משלב מחשבי חומר מילוי כדי להגדיל את המסה התרמית האפקטיבית שלהם.לדוגמה, כיור חום אלומיניום משומר עשוי להיות מלא חלקית עם ⁇ eutectic כי נמס מעל 60 מעלות צלזיוס במהלך העומסים שיא, PCM סופג חום, עיכוב עלייה הטמפרטורה של fins. Vapors יכול גם להשתמש גלקטי עובד Ectic (כמו נוזל / נקודה אטומה) כדי להעביר חום מסוים.

פיתוח עתידי בחומרים אקוטיים לניהול התרמומי

מחקר לחומרים אקוטיים מתמשך, מונע על ידי הצורך בביצועים תרמיים גבוהים יותר, קיימות סביבתית ושילוב עם טכנולוגיות מתפתחות.כמה כיוונים מבטיחים נחקרים.

ננו-Enhanced Eutectic Composites

שילוב חלקיקים (כגון גרפן, צינורות פחמן, או בורון nitride) לתוך ⁇ eutectic יכול עוד לשפר את מוליכות תרמית ונכסים מכניים.לדוגמה, הוספת אחוז קטן של גרפן לסגסוגת eutectic של גליום-indium יכול להגדיל את מוליכות תרמית גבוהה כבר על ידי 20-30%, בעוד גם להפחית את הסטיות, מה שהופך את זה קל יותר כמו שלב אנוקס נגד ננוקסטוזיס.

Alloys for Extreme Environments

יצירות אקולוגיות חדשות מפותחות ליישומים הדורשים הפעלה בטמפרטורות גבוהות מאוד (מעל 300 מעלות צלזיוס) או טמפרטורות נמוכות מאוד (נמוך -50 מעלות צלזיוס) לדוגמה, ⁇ אקולוגית אלומיניום-סילייקון (עם נקודות התכה ליד 580 מעלות צלזיוס) נחקרים עבור אלקטרוניקה כוח במרחב וירידה בתרגול.

Recyclable ו- Bioתואמים את Eutectics

דאגות סביבתיות מניעות את החיפוש אחר חומרים רעילים, שאינם רעילים.רבים ⁇ ביצועים גבוהים נוכחיים מכילים bismuth, indium, או רייום, שהם נדירים ויקרים יחסית.חוקרים חוקרים חוקרים חוקרים חוקרים חוקרים חוקרים חקר מערכות אבץ-מילום-אלמניום-אלמניום-מחדש-מחדש ואלמנטים אחרים- Earth-abundant-abundant כי יכולים ליצור יצירות אקולוגיות עם תכונות תרמיות טובות.

שילוב עם ייצור תוספתי

טכניקות הדפסה תלת מימדיות מאפשרות כעת את ייצור ישיר של כיור חום עם ערוצי PCM משובצים.על ידי הדפסה מבנה lattice ומילוי אותו עם סגסוגת אקוטית, מהנדסים יכולים ליצור רכיבים כי שניהם לנהל חום ולספק שלב-שינוי חיץ. גישה זו מאפשרת גיאוגרפיה מותאם אישית הממקסימה את שטח פני השטח ואת נפח עבור PCM, המוביל לתקנה תרמית יעילה יותר בחללים קומפקטיים.

Multi-Phase ו- Cascaded Systems

רעיון חדשני נוסף הוא השימוש בחומרים אקוטיים מרובים עם נקודות התכה שונות במכשיר יחיד - מערכת PCM "מקודמת" (Cyber) של כל שכבה נמסת בטמפרטורה גבוהה יותר בהדרגה, ומאפשרת למערכת לשמור על פרופיל טמפרטורה קבוע בטווח רחב יותר של עומסי חום.לדוגמה, טלפון חכם עשוי להשתמש 45 מעלות צלזיוס להפעלה נורמלית, 60 מעלות צלזיוס ללחמתים כבדים, 80 מעלות צלזיוס ליציבות מהירה.

מסקנה

השימוש בחומרים אקוטיים עבור רגולציה תרמית מדויקת באלקטרוניקה הוא שדה מוכח, תכליתי ומקדם במהירות.היכולת שלהם לספוג ולשחרר חום בטמפרטורה קבועה, צפוי הופך אותם הכרחיים ביישומים שבהם הטמפרטורה של רכיב חייב להיות נשלט בתוך שולי צר.מפרקים ממכרים צנועים לפתרונות מתכתיים מתוחכמות, סגסוגת אקולוגית חריפה הפכה אבן הפינה של ניהול תרמי מודרני.

(ב) [ה] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]]] [ה]]] ב[ה] [ה]]] [ה]]] [ה]]], [ה]], [ה]ה] ב[ה[[ה[[המאה ה-20]], וב[[ה[[המאה ה-20]],]],]],]], [[המאה ה[[המאה ה-20]],]],]],]],]], [[ה[[1924]],]],]], [[1924]],]], [[ה[[1924]],]], [[1924]], [[1924]],]],]], [[1924]],]]]],]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]],]], [[1924]], [[1924]], [[ה[[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]],