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拿什么拯救你,“火热”的芯片

关注:276 发表时间:2017-08-18 11:53:26


各位看官,此刻的你们是否拿着手机刷着微博,看着朋友圈?

那么,长时间玩耍有没有感觉到手机烫得厉害,心里埋怨手机散热差?相信大多数朋友的答案都是——yes!

为什么手机越玩越烫呢?

小编这里就给大家科普一下。像手机、平板电脑这类电子产品,其丰富的功能主要靠内部的芯片来实现。

随着芯片的性能越来越高,其在运转过程中产生的热量也越来越多,这些积累的热量如果不能及时散发出去,不仅影响电子产品的使用寿命,甚至会产生“爆炸”等危险。

在中科院深圳先进技术研究院里,由美国工程院院士、中国工程院外籍院士汪正平和孙蓉研究员领导的电子封装材料创新科研团队就在研究怎么拯救“火热”的芯片。

他们从芯片的内部结构出发,针对性地开发新型导热材料,帮助芯片降温。那么,这些新型导热材料又是如何给芯片降温的呢?

用特殊功能材料将芯片包裹起来的过程,工业上称为“封装”。“

封装”不仅可以让芯片免受外界空气、水分对其的腐蚀,而且便于其在印制电路板上的安装与维修。

这些包裹芯片的材料多为聚合物,原因是聚合物具有优异的机械性能,能够很好的保护芯片,但是它们的导热性能非常差。

仅仅依靠电子元件与散热器的直接接触,无法有效进行热量传导,这是因为热源表面和散热器之间总是存在很多微观的沟壑或空隙,其中80%体积是空气——热不良导体,所以严重影响了散热效率。

因此,需要使用高导热的热界面材料排除间隙中的空气,增大接触面积,在电子元件和散热器之间建立快速导热的绿色通道,开发高性能热界面材料显得尤为重要。

因此,科学家们开始在封装材质上下功夫——研发新型散热材料,并且应用到封装中。这也是先进材料中心导热小组研究团队的研究重点。

▲ 印制电路板上的芯片

▲ 芯片的内部结构,图片来自中科院深圳先进院

他们采用高导热填料氮化硼微米球(BNMS)作为填料,采取真空共混方法将其分散在聚合物内,这些分散的 BNMS 相互连接,形成了一条条通畅的道路,可以让热量快速的通过,最终实现快速散热的效果。

据测试,这种新型热界面材料的导热系数最高可达1.03 Wm?1K?1 ,相对于纯聚合物提高了大约5倍。如此一来,这一颗颗“火热”的芯片就不用担心被“热坏了”!

▲ 高导热热界面材料制备过程,图片来自中科院深圳先进院

▲ 高导热热界面材料导热路径图,图片来自中科院深圳先进院

本项目所依托的团队为中国科学院深圳先进技术研究院孙蓉研究员牵头成立的“高性能热界面材料基础研究”国家重点研发专项(国家重点研发计划2017YFB0406000)

该项目面向高功率密度电子器件高效热管理的迫切需要,实现高导热聚合物基和超高导热碳基热界面材料的制备等关键技术的突破。

建立高精度微观热界面测试系统,阐明微观及分子层次界面热传导机制,开发高性能聚合物基和碳基热界面材料,实现其在高功率密度电子器件中的典型应用,为我国新一代战略性电子器件的开发与应用提供强力支撑。

本文选自公众号:中科院之声



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