Termal yönetim, modern elektroniklerdeki en kritik tasarım zorluklarından biri haline geldi. Cihazların güç yoğunluğunda artış olurken, içindeki ısılar karşılıksız ısı dağılımı olmadan, bileşenler aşırı ısıtılması, performans için liderlik eden, düşük maliyetli veya felaket başarısız olan mühendisler, aktif soğutma fanlarından karmaşık sıvı soğutma döngülerine kadar geri döndüler.En zarif ve güvenilir pasif çözümler arasında, güvenilir bir şekilde çalışan malzemeler - yüksek performanslı bir şekilde çalışan sürücülerin kullanımı için hassas bir faz değiştirme davranışından yararlanan temelsiz, depolama ve salıverme ısıyı azaltmak için yeni bir seviyeden salıverildi.
Bu makale, eutectic materyallerin arkasındaki bilimi araştırıyor, elektronik olarak nasıl çalıştıklarını, geleneksel termal yönetim yaklaşımlarının avantajlarını ve gelecekte daha etkili hale getirmeye söz veren devam eden araştırmayı araştırıyor.
Eutectic Materials nedir?
Anada, eutectic malzeme, bir dizi sıcaklık üzerinde erir ve karışımın tek, keskin bir şekilde tanımlanmış bir sıcaklık - eutectic noktası. Bu, Yunancanın veya karışımların aksine, yani bir dizi [Döneticisel sistemde, bileşenler bir araya getirilir”, yani, bir karışımın erime noktası, herhangi bir bireysel bileşeninin bozulmasından daha düşük olduğu anlamına gelir.
Bu davranış, sıvı ve katı çizgilerle karşılaştırıldığında en iyi görselleştirilmiştir.Bu noktada, iki fazlı olmayan bir bölgeye dönüşmektedir.Demekli bir şekilde ısıtılabilir:0) Malzemenin büyük miktarda ısıyı absorbe ettiği anlamına gelir.
Eutectic vs. Non-Eutectic Materials
Avantajı takdir etmek için, bir eutectic faz değişikliği materyali (PCM) ile geleneksel olmayan PCM. Paraffin balmumu, örneğin, birkaç derece üzerinde eritir, yani, erime işlemi sırasında ısıyı yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yükseltecektir.
Elektronik Malzeme Elektronikte Nasıl Çalışılır
Elektronik cihazlarda, eutectic malzemeler öncelikle iki formda dahil edilir: örneğin, 0.0001 arabirim materyalleri (TIMs)) ve DANFLT:2) fazı değiştirme malzemeleri (MPC)) , aynı zamanda satılan ortaklar, sıvı metal salaklar ve ısı yayıcı kompozitler gibi görünürler.
Eutectic Thermal Interface Materials (TIMs)
Termal arabirimler, ısı iletken bir bileşen arasındaki mikroskobik boşlukları köprüler (örneğin bir CPU ölümü gibi) ve ısılı bir şişe, pedler ve jeller. Eutectic-based TIMs, genellikle "liquid metal" salçaları, 30 W /mk veya galyum-indium-indium-indium-indium-indium-inyum-indium-intrefilli pompalar için çok az miktarda fazla sıcaklık sağlarlar.
Eutectic Faz Change Materials (PCMs)
Faz değişikliği malzemeleri, ısıyı katı bir şekilde kırarak ısıtılır ve serbest bırakırken, ısı batağına gömülü veya doğrudan sıcak bir bileşene yerleştirilirken, ısı kesici bir ısı kesici olarak çalışır: geçiş sıcaklığı tam olarak istenen işletim aralığında üretilen bir materyali seçmek için geçici ısınır. Örneğin, bir eutectic Bi-Pb-Sn alaşımı yaklaşık 95°C'yi koruyabilir.
Solder Commons ve Heat Teling
Eutectic satıcılar yıllardır elektronik topluluğun ana yeri olmuştur. Örneğin, Sn-Ag-Cu (SAC) gibi yakın-düzeltilmiş bir eksiyon sıcaklık ve yüzeysel bileşenler için kullanılmıştır. Low eritme noktası ve mükemmel olmayan satıcılar için bile, ince bir ısıtıcı ısıtıcı veya iki sıvı transfer aracı olarak kendi kendine bağlı olarak bir ısıtıcı maddeye sahip olmak gibi bir ısıtılır.
Termal Düzenleme için Eutectic Malzemelerin Kullanımının Avantajları
Elektronik termal yönetimdeki eutectic materyallerin faydaları çok sayıda ve iyi niyetlidir. Aşağıda, onları öne çıkaran birincil avantajlar vardır.
Consistentrey Point
En kritik avantaj, stilize edilebilirlik için hassas bir aktivasyon sıcaklığı oluşturmak, cihazın aşırı yüklemeden ideal işletim ısısını korumak için tasarlanmıştır. Başka bir malzeme sınıfı bu hassas bir şekilde sunar.
Yüksek Termal Davranış
Birçok eutectic alaşımları, özellikle de galyum gibi metalleri içeren, indium veya tin, 20-80 W /m·K, 0.2-0.5 W /m·K'nın üzerindeki etkisi, ısının hızla PCM'ye yapılması ve genel ısının yayılması anlamına gelir.
Reusability and Longevity
Eutectic PCMs tamamen fiziksel faz değişim malzemeleridir; erime ve sağlamlaştırma döngüleri sırasında kimyasal bozulmadan etkilenmezler. Binlerce döngüden sonra bile geç ısı kapasitelerini ve faz değişimini korurlar. Bu dayanıklılık günlük ısı döngüleri (örneğin, akıllı telefonlar, dizüstü bilgisayarlar) veya sistemler için yıllarca sert ortamlarda güvenilir bir şekilde çalışmanız beklenir.
Minimal Termal Lag ve Yüksek Geçme Heat
Çünkü faz geçişi sabit bir sıcaklıkta meydana gelir, eutectic malzemeler, herhangi bir sıcaklık artışından önce neredeyse anında tepki verir.Grup sıcaklığının yüksek geç ısı ile bir araya gelmesi (genellikle 50-100 J /g veya daha fazlası), herhangi bir sıcaklık artışından önce önemli enerji absorbe edebilir. Bu, işlemci patlamaları gibi geçici ısı yüklerini işlemek için olağanüstü etkili hale getirir.
Tamamlanabilir Özellikler
Bir eutectic alaşımın kompozisyonunu ayarlayarak, mühendisler belirli uygulamalar için maküla edilen bir sıcaklık için, birkaç dereceye kadar, galium-indium-tin alaşımları, 125°C'den +100°C'ye kadar erimiş olabilir.Bu tunability, özel çözümlere özel bir şekilde izin verir - LED ampuller için düşük seviyeli bir alaşım veya yüksek seviyeli bir alaşım için 125°C'ye karşı formüle edilebilir.
Elektronik Uygulamaları
Eutectic malzemeler geniş bir elektronik cihaz ve sistemler yelpazesinde kullanılır. Onların kullanımı daha yüksek performans, miniaturizasyon ve güvenilirlik talepler olarak büyüdü.
Mikroişlemciler ve CPUs
masaüstü bilgisayarlarda, sunucular ve veri merkezleri ağır iş yükleri sırasında yoğun ısı yaratır.Tokyo-indium eutectic alaşımları içeren sıvı metal TIMs, CPU'dan ısı transferini artırmak için meraklı PCM "termal pedler" arasında popüler hale gelir. Bu malzemeler, CPU sıcaklıklarını 5-15°C'ye kıyasla geleneksel termal salaklar için azaltılabilir, daha yüksek saat hızları veya daha sessiz fan operasyonu sağlar.
Power Electronics
I İzole-gate bipolar transistörler (IGBTs) ve MOSFETs güç dönüştürücüleri, dönüştürücüler ve motor sürücüleri önemli akımları ve gerilimleri ele alır, önemli ısı nesillerine yol açar. Eutectic PCM saters, hızlanması ve serbest bırakma sırasında ısınması için modüller halinde entegre edilebilir.
LED Aydınlatma Sistemleri
Işıklı diyotlar (LEDler) sıcaklık için hassastır; Anahtarlı kavim ısıyı aşarak ışık seviyesini azaltır ve düşük nokta (örneğin, tipik bir eutectic galium alaşımı için 47°C) malzemeyi ortak çalışma sıcaklıkları arasında etkinleştirir.
Battery Yönetimi ve Enerji Depolama
Lityum-iyon aküleri şarj ve discharging sırasında ısınıyor ve aşırı sıcaklık yaşlanmayı veya ısıtımı hızlandırabilir. Eutectic PCMs, yüksek enerjili paketlerde, daha düşük sıcaklık eutectic alaşımları (örneğin, sodyum-siyonel / piyonel eutetic) yüksek kullanım sırasındaki ısıyı yürütmek için hücreler arasında kullanılabilir.
Leydiing ve Assembly
Eutectic satıcılar elektronik topluluğun arka kemiği olarak kalır. SAC305 (96.5% tin, % 3 gümüş,% 0.5 bakır) aynı sıcaklıktaki tüm eklemleri veya mezarları tekrarlayan noktalarla birleştirerek güvenilir elektrik ve termal bağlantıları sağlar.
Heat Lavabos ve Vapor Chambers
Bazı gelişmiş ısı bataklıkları, yüksek ısılarını artırmak için ek bir malzeme olarak eutectic PCMs içerir. Örneğin, bir finli alüminyum ısı lavabosu, yüksek çözünürlükte 60°C'nin üzerinde erteleyen bir noktaya veya daha iyi ısı transfer özelliklerine sahip olabilir.
Katı Yönetim için Eutectic Materials in Future Developments in Eutectic Materials for Thermal Management
Eutectic materyallere yapılan araştırmalar, daha yüksek termal performans, çevresel sürdürülebilirlik ve gelişmekte olan teknolojilerle entegrasyon için ihtiyaç duyulan ihtiyaç tarafından devam ediyor.
Nano-Enhanced Eutectic Composites
Nanopartiküller (örneğin, grafiksel alaşımlar, karbon nanotüpler veya boron nitride) eutectic alaşımları daha fazla ısı iletkenliği ve mekanik özellikleri geliştirebiliyor. Örneğin, oxidasyon ve faz ayrımına karşı küçük bir miktar yükseltilebilir.
Extreme Environments için Tailored Alloys
Yeni eutectic kompozisyonlar, çok yüksek sıcaklıklarda (above 300°C) veya Galinstan gibi son derece düşük sıcaklıklar (daha düşük -kırık-kırık eutectic alaşımlar için incelenir ( 580°C'nin yakınında erime noktaları ile) uzay ve alt bir sıcaklık aralığında sıvı metal eutectics araştırılır.
Recyclable ve Bio uyumlu Eutectics
Çevre endişeleri, öncülüğü olmayan, toksik olmayan eutectic malzemeler için aramayı sürdürüyor.Mevcut yüksek performanslı alaşımlar, veya galium, nispeten az ve pahalı. Araştırmacılar, çinko-aluminum-magnesyum sistemlerini ve diğer dünya-abtonik kompozisyonları iyi termal özelliklerle şekillendirebilecek düşük seviyeli maddelerdir.
İmalat İmalatı ile entegrasyon
3D baskı teknikleri şimdi ısı bataklığının doğrudan üretimine izin veriyor ve PCM kanallarını en üst düzeye yazdırarak, eutectic alaşım ile doldurabiliyor ve her iki ısıyı yöneten ve faz değiştirme tamponunu sağlayabilir.Bu yaklaşım, PCM için yüzey alanını ve hacmi en üst düzey termal düzenlemelere yol açan özel geometriler sağlar.
Multi-Phase ve Cascaded Systems
Bir başka yenilikçi konsept, tek bir cihazda farklı bir erime noktaları olan çoklu eutectic materyallerin kullanımıdır - "cascaded" PCM sistemi için 60°C eutectic for fast recovery, system to maintain a constant temperature profile across a wide range of hot. Örneğin, bir akıllı telefon normal işlem için 45°C eutectic, a 60°C eutectic for heavy game, and a 80°C eutectic for fast şarj, enable termik stabilite under all conditions.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Elektronikte kesin termal düzenleme için eutectic materyallerin kullanımı kanıtlanmış, çok yönlü ve hızla ilerliyor. Sürekli, öngörülebilir bir sıcaklık, onları sadece ısıtılması gereken uygulamalarda vazgeçilmez hale getirir.Geçmiş metal TIMs, eutectic alaşımlar ve daha iyi bir şekilde modern termal yönetim temel taşı haline gelir. Elektronik cihazlar performans ve kompaktlık sınırlarını kullanmaya devam ettikçe, eutectic materyallerin rolü sadece daha da artar.
[FONT:0]Eutectic sistemler ve uygulamaları hakkında daha fazla bilgi edinmek için, endüstri vaka çalışmaları için ve yayın kağıtları, Bileşenler, Ambalaj ve İmalat Teknolojisi Üzerine Yazıları [Dönetici:2), [[Döneticisel Soğutma dergisi[Döneticileri [Döneticileri için) [Döneticileri için [Döneticileri/T: 9,4]