Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
PCBway
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Żegnaj pasto termoprzewodząca, witaj zintegrowany radiatorze..?

ghost666 08 Sie 2019 13:03 1236 3
  • Żegnaj pasto termoprzewodząca, witaj zintegrowany radiatorze..?
    Radiatory to nieunikniony element chłodzenia wielu układów scalonych i elementów dyskretnych. Bez tych, często pasywnych, a czasami aktywnych rozwiązań, generowane przez układ ciepło nie zostałoby rozproszone, a nadmiar ciepła stanowiłby problem dla urządzenia.

    Jednak przymocowanie radiatora do chłodzonego urządzenia często nie jest takie proste. Istnieje wiele dostępnych na rynku radiatorów (pokazane na ilustracjach po prawej i po lewej stronie tekstu) z wieloma kształtami, dostosowanymi do konkretnych elementów, nawet niestandardowych. Maksymalizują one konwekcję, ale to tylko część rozwiązania. Bardzo ważne jest, aby impedancja termiczna między źródłem ciepła a jego odbiornikiem była jak najniższa. Wszelkie puste przestrzenie lub niedoskonałości zmniejszają przepływ ciepła, a tym samym skuteczność pracy radiatora.

    Żegnaj pasto termoprzewodząca, witaj zintegrowany radiatorze..?
    Jest to problem stary i znany. Ma dwa, często używane, rozwiązania: pastę termiczną lub termoprzewodzące podkładki. Umieszcza się je między powierzchnią elementu a radiatorem. Każde z tych rozwiązań zwiększa koszty urządzenia. Jeśli kiedykolwiek stosowałeś któreś z nich, to wiesz, że pasta jest trudna w równomiernym nakładaniu. Niezależnie od wybranego podejścia, nadal potrzebny jest sam radiator.

    Żegnaj pasto termoprzewodząca, witaj zintegrowany radiatorze..?
    Niektóre układy scalone mają na spodzie swojej obudowy wyprowadzenie, dodane tam aby umożliwić użycie samej płytki drukowanej jako radiatora. Jest to również jedna ze skutecznych technik chłodzenia niektórych element o niewielkich mocach, ale zwiększa koszty obudowy elementu i często zakłada się, że PCB nie jest radiatorem dla innych, sąsiednich elementów. W przypadku, gdy na PCB znajduje się wiele tego rodzaju układów, impedancja cieplna laminatu może być zbyt duża, aby chłodzić wszystkie elementy.

    Na szczęście na horyzoncie pojawia się nowe rozwiązanie. Zespół badaczy z Wydziału Inżynierii Mechanicznej Binghamton University w Nowym Jorku opracował i wdrożył nową technologię chłodzenia układów scalonych. Badacze wykorzystali selektywne topienie laserowe (SLM) i produkcję przyrostową, aby ściśle związać stop cyna-srebro-tytan (Sn3Ag4Ti) z powierzchnią krzemu. Pozwoliło to na utworzenie cienkiej warstwy wiążącej tytan-krzem, która działała jak klej między chipem a stopem metalu. Dzięki tej technice różne urządzenia do usuwania ciepła, takie jak parowniki, heatpipe czy mikrokanały do chłodzenia cieczą, zostały bezpośrednio „wydrukowane” na pakiecie elektronicznym bez użycia jakiegokolwiek materiału interfejsu termicznego.

    Drukowanie mikrokanałów na chipie nie było łatwym zadaniem. Większość metali i stopów nie tworzy dobrego wiązania z krzemem z powodu słabej przyczepności do krzemu i niedopasowania rozszerzalności cieplnej. Jak wyjaśnił Scott Schiffres, lider zespołu "Drukujemy mikrokanały na samym chipie, aby tworzyć spirale lub labirynty, przez które chłodziwo może przepływać bezpośrednio na chipie, zamiast używać pasty termicznej jako połączenia między radiatorem i chip".

    Wdrożenie bezpośredniego drukowania radiatorów na układzie nie jest łatwe, a samo wiązanie między stopami metali zwykle a krzemem jest stosunkowo słabe - stopy te mają wysoki kąty zwilżania (słaba zwilżalność i wytrzymałość międzyfazowa). Dzięki nowemu materiałowi międzywarstwowemu i technice aplikacji znacznie zwiększono zwilżalność i reaktywność z krzemowym podłożem.

    W przeciwieństwie do lutowania twardego, które może zająć kilkadziesiąt minut, aby utworzyć silne wiązanie, naukowcom udało im się stworzyć dobre wiązanie w mniej niż milisekundach. Dokonali tego, stosując intensywne ogrzewanie laserowe i stop, który może tworzyć silne wiązanie międzymetaliczne z podłożem w niskiej temperaturze, jednocześnie wystawiając próbkę wiele razy na działanie metalu, aby zapewnić wystarczający czas dyfuzji dla stworzenia silnego wiązania. Wiązanie z krzemem wynika z utworzenia cienkiej, mającej około mikrometra, warstwy międzyfazowej tytanu i krzemu, która sprawia, że ​​krzem zwilżany jest warstwą Sn3Ag4Ti, a stosunkowo niska temperatura topnienia Sn3Ag4Ti (około 250°C) zmniejsza obciążenie termiczne układu w czasie produkcji.

    Żegnaj pasto termoprzewodząca, witaj zintegrowany radiatorze..?


    Rezultaty prac badawczych są bardzo obiecujące. Naukowcy wykazali różnicę na poziomie 10°C przy porównaniu z konwencjonalnym radiatorem i pastą termoprzewodzącą. Naukowcy zmierzyli także inne parametry stopu, takie jak np. przewodność cieplna.

    Żegnaj pasto termoprzewodząca, witaj zintegrowany radiatorze..?


    Więcej informacji na temat całego procesu i wyników można znaleźć w artykule opublikowanym w Additive Manufacturing Elseviera. Artykuł dostępny jest tutaj.



    Nie wiadomo, czy ta innowacja będzie opłacalna. Być może będzie skończy, jak wiele „przełomów” w chemii akumulatorów i technologiach elektrod, które świetnie wyglądały w laboratorium, ale z różnych powodów nie skalowały się na do produkcji masowej. A może stanie się to opłacalne, ale dopiero po wielu latach udoskonalania? Wszystko przed nami. A Wy, co sądzicie o kolejnym przełomie w zakresie chłodzenia układów scalonych?

    Źródło: https://www.edn.com/electronics-blogs/power-points/4462166/1/Goodbye--thermal-grease--hello--integral-heat-sink-

    Fajne! Ranking DIY
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 napisał 9303 postów o ocenie 6884, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • PCBway
  • #2
    ---o
    Poziom 7  
    Ale ten świat schodzi na psy a twierdzę tak, albowiem człowiek siedzący w tym od lat spodziewałby się już czegoś rodem z XXI wieku, albowiem w dzisiejszych czasach wyprodukować "czapkę" na procesor grubości powiedzmy 1,5cm a w czapce wewnątrz kilkadziesiąt kanalików połączonych z mini-kompresorkiem + w układzie ciekły azot byłoby bardziej na miejscu jak cofanie się w czasie.

    Moim zdaniem także, produkcja płyt głównych grubszych o 0.5cm z tego typu kanałami w środku to też nie problem. Aż dziw że to jeszcze nie istnieje.
  • PCBway
  • #3
    ptero
    Poziom 15  
    @---o A wiesz ile taka płyta by kosztowała? Czy taki procesor?
    Masowa produkcja = tania produkcja... A, że coś się częściej psuje, to tylko napędza sprzedaż...
  • #4
    odalladoalla
    Poziom 20  
    Meritum tego artykułu w sumie nie zostało przytoczone a jest najważniejsze. Oto zespół "zbawców cywilizacji" epokowym 'pierdem' zaoszczędzi Tetrawaty energii- znaczy wymnożył wszystkie istniejące i nieistniejące urządzenia informatyczne (srajfony oraz centra informatyczne, pomnożył przez wszystkich ludzi istniejących i nieurodzonych jeszcze bo każdy z nich ma srajtofona, kolejny raz przemnożył przez 10° na wat i tadam... klękajcie narody) wyszło im iż przez spadek temp. samych procesorów urządzenia przestaną się psuć. To iż celowo są tak konstruowane by w cyklu marketingowym się psuły to nieistotne-ważne iż teoretyczne obliczenia się zgadzają -jeszcze jak się przywali tymi Gigakubikami elektrośmieci co i tak do chin trafiają (choć złe chinole coraz częściej odsyłają) to już pełna ejakulacja. Te amerykańskie docenty coraz częściej przebijają radzieckich uczonych.
    https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214860418305311
    *"While a single internet search or streamed video may appear to use little energy, this energy multiplied by the number of humans on the planet with cellphones or computers is incredibly vast. Based on current trends continuing, about 1/5 of the world’s total electricity will be consumed by data centers, with almost equal amounts of that energy spent on computation and cooling. Silicon computational energy versus temperature can be predicted via the changing power consumption with temperature [23,24]. The technological adoption of this research will lead to an approximate 10 °C cooling of Si transistors, which would result a 5% reduction in energy consumption by microprocessors, or 3.7 billion kWhr/year of energy saved just at data centers. Moreover, this does not include anticipated energy savings for power electronics. Furthermore, the leading cause of device failure is the breakage of the interconnects because of thermal cycling and electromigration. These interconnects are heated by the microprocessor, and their mean-time-to-failure is an exponential function of temperature (Black’s Law). Based on interconnect models, a 7 °C cooler operating temperature will generally double the device’s lifetime [25]. We estimate the amount of e-waste that can be reduced per year to be 10 million metric tons (enough to fill 25 Empire State Buildings), assuming one-quarter of current e-waste is from thermally exacerbated failure, so the benefit of directly manufacturing heat sinks is great."
    Tłumaczenie przez google translate
    "Podczas gdy pojedyncze wyszukiwanie w Internecie lub przesyłanie strumieniowe wideo może wydawać się zużywać mało energii, energia ta pomnożona przez liczbę ludzi na planecie z telefonami komórkowymi lub komputerami jest niewiarygodnie duża. Zgodnie z utrzymującymi się trendami, około 1/5 całkowitej energii elektrycznej na świecie będzie zużywana przez centra danych, przy czym prawie równa ilość tej energii zostanie przeznaczona na obliczenia i chłodzenie. Energię obliczeniową krzemu w funkcji temperatury można przewidzieć na podstawie zmieniającego się zużycia energii wraz z temperaturą [23, 24]. Zastosowanie technologiczne tych badań doprowadzi do około 10 ° C chłodzenia tranzystorów Si, co spowoduje zmniejszenie zużycia energii przez mikroprocesory o 5% lub o 3,7 miliarda kWh / rok energii zaoszczędzonej tylko w centrach danych. Co więcej, nie obejmuje to przewidywanych oszczędności energii dla energoelektroniki. Ponadto główną przyczyną awarii urządzenia jest zerwanie połączeń między połączeniami z powodu cykli termicznych i elektromigracji. Te interkonekty są ogrzewane przez mikroprocesor, a ich średni czas do awarii jest wykładniczą funkcją temperatury (prawo Blacka). W oparciu o modele połączeń wzajemnych temperatura pracy chłodnicy o 7 ° C na ogół podwoi żywotność urządzenia [25]. Szacujemy, że ilość e-odpadów, które można zmniejszyć rocznie, wynosi 10 milionów ton metrycznych (wystarczających do wypełnienia 25 budynków Empire State Building), przy założeniu, że jedna czwarta obecnych e-odpadów pochodzi z pogorszenia termicznego, więc korzyść wynikająca z bezpośredniego produkcja radiatorów jest świetna."
    I kolejny grancik na kolejne udowadnianie krzywizny kwadratu.
    Nie mam nic do redaktora tłumaczenia bo jest tylko "posłańcem" ale te badania podnoszą ciśnienie lepiej jak "turecka kawa".
    Podpowiem adhezja i "stopy galu z indem" absorbują mniej parku technologicznego a mają tego samego rzędu sprawność "przenoszenia temperatury". I są całkowicie demontowalne radiatory- czyli można zmienić podzespół i ponownie użyć cały zestaw nie produkując dodatkowych elektrośmieci jak w proponowanym przez habilitusów rozwiązaniu- oni działem pozytronowym zaspawają to na amen.
    W centrach informatycznych stosuje się i można stosować "innego modelu rozwiązania chłodzące", w srajtofonach trzeba stosować całkowicie inne rozwiązania niż w centrach przetwarzania danych.