碳納米管使固體熱界面材料成為可能

當(dāng)今市場(chǎng)需要具有先進(jìn)功能和日益緊湊尺寸的電子設(shè)備。小型化趨勢(shì)使設(shè)計(jì)人員面臨艱巨的挑戰(zhàn)，這首先與所需組件的集成密度不斷提高以及不可避免的過(guò)熱問(wèn)題有關(guān)。

在本文中，我們將了解 Carbice 公司開(kāi)發(fā)的基于碳納米管的方法如何能夠創(chuàng)建一個(gè)有效的冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)將液體和固體熱界面材料 (TIM) 的特性結(jié)合在一個(gè)單一的解決方案。

CARBICE 不妥協(xié) TIM

Carbice 是一家總部位于亞特蘭大的公司，以可承受的成本種植、應(yīng)用、定制和制造碳納米管，提供可擴(kuò)展的解決方案，以滿足當(dāng)今最苛刻應(yīng)用的要求。

Carbice 納米管技術(shù)基于與鋁芯共價(jià)鍵合的對(duì)齊碳納米管。Carbice TIM 克服了以往 TIM 的局限性，例如導(dǎo)熱率過(guò)低、熱阻過(guò)高和制造復(fù)雜性。

此外，由于循環(huán)過(guò)程中不同材料之間的界面上發(fā)生復(fù)雜的熱機(jī)械變化，傳統(tǒng) TIM 的性能會(huì)隨著時(shí)間的推移而下降。反過(guò)來(lái)，這會(huì)損害設(shè)備的整體性能并縮短其使用壽命。

Carbice 開(kāi)發(fā)的 TIM 被命名為“不妥協(xié)”，因?yàn)樗婢吖腆w TIM(高導(dǎo)熱性和易于加工)和液體 TIM(低熱界面電阻)的優(yōu)點(diǎn)，但沒(méi)有任何限制。Carbice TIM 具有出色的導(dǎo)熱性和低熱阻，易于使用，并且不會(huì)隨著時(shí)間和循環(huán)而退化。

Carbice TIM(右上角)兼具低熱阻和穩(wěn)定熱阻的特點(diǎn)，優(yōu)于液態(tài)和固態(tài)熱界面材料。

“實(shí)際上，我從在英特爾工作的經(jīng)歷中得到了 Carbice 的想法。那時(shí)，我的興趣是老化測(cè)試，他們很難找到足夠可靠或?qū)嵱玫臒峤缑娌牧弦园惭b在大批量生產(chǎn)中，”Carbice 的首席執(zhí)行官兼創(chuàng)始人 Baratunde Cola 說(shuō)道。 EE Times 的采訪。“因此，我認(rèn)為使用垂直排列的碳納米管等堅(jiān)固材料來(lái)滿足苛刻的機(jī)械和熱要求，并具有更容易的組裝過(guò)程，這將是一種有趣的方法。”

這種材料是通過(guò)在納米尺度上生長(zhǎng)數(shù)十億個(gè)排列整齊且導(dǎo)熱的碳納米管來(lái)構(gòu)建的，這樣它們就可以形成熱量從熱端移動(dòng)到冷端的路徑。，這些納米管也很靈活，它們可以彎曲和回彈以填充熱界面上的空隙空間，并匹配循環(huán)過(guò)程中界面的動(dòng)態(tài)熱機(jī)械變化。這使 Carbice 能夠在延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的同時(shí)實(shí)現(xiàn)不折不扣的設(shè)備性能。

“2017 年，我們開(kāi)始努力獲得航天工業(yè)熱界面材料供應(yīng)商的資格。我們經(jīng)歷了所有的可靠性測(cè)試和長(zhǎng)期熱循環(huán)，我們?nèi)〉昧顺晒Γ@是巨大的，因?yàn)橐坏┠澄锓咸找?，它幾乎可以勝任任何惡劣的環(huán)境。太空隨后成為我們商業(yè)業(yè)務(wù)增長(zhǎng)的第一個(gè)領(lǐng)域”，Cola 說(shuō)。

與此同時(shí)，公司進(jìn)入了半導(dǎo)體測(cè)試領(lǐng)域，這是可樂(lè)在英特爾的起點(diǎn)。汽車(chē)制造商實(shí)際上使用不同類(lèi)型的 Carbice 材料進(jìn)行可靠性測(cè)試，例如評(píng)估車(chē)輛是否符合汽車(chē)要求以及能否在汽車(chē)應(yīng)用典型的極端溫度條件下成功運(yùn)行。

Carbice Pads 針對(duì)不同的需求進(jìn)行了調(diào)整，包括適用于廣泛應(yīng)用的 Ice Pad、適用于太空物品的 Space Pad，以及適用于傳統(tǒng) TIM 極度磨損的界面的 Contact Pad。Ice Pad 可為大多數(shù)應(yīng)用提供最佳冷卻效果，例如高端計(jì)算處理器、電動(dòng)汽車(chē)電源模塊和消費(fèi)電子產(chǎn)品。Space Pad 是一種符合 TRL9 標(biāo)準(zhǔn)的不妥協(xié) TIM，用于冷卻已經(jīng)在軌的大小衛(wèi)星，現(xiàn)在它已成為太空標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，接觸墊是最耐用的 TIM，旨在滿足需要反復(fù)接通和斷開(kāi)接觸或滑動(dòng)接觸的挑戰(zhàn)性場(chǎng)景，例如用于半導(dǎo)體測(cè)試。

對(duì)不同材料的分析證明，經(jīng)過(guò)2000次循環(huán)后，油脂的熱阻是Ice Pad的2.6倍，相變材料(PCM)的熱阻是Ice Pad的1.4倍。

此外，Carbice 的主要太空客戶觀察到 Space Pad 提供的其他好處，例如：

· 相同的材料可用于地面測(cè)試和飛行中

· 節(jié)省空間、重量和成本

· 壽命終止性能甚至超過(guò)壽命開(kāi)始性能

“我們知道，在混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車(chē)中，半導(dǎo)體僅以其標(biāo)稱速率的 60% 或 70% 運(yùn)行，因?yàn)?PCM 和潤(rùn)滑脂等傳統(tǒng) TIM 將在多年內(nèi)抽出并退化。Carbice Pad 在循環(huán)過(guò)程中提供可靠的性能，不會(huì)導(dǎo)致您的設(shè)備降額，甚至可以隨著時(shí)間的推移變得更好”，Cola 說(shuō)。

這意味著冷卻系統(tǒng)可以更緊湊，它們可以進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)以節(jié)省成本和重量，或者您可以在設(shè)計(jì)中從更少的半導(dǎo)體中獲得更多收益。

CARBICE SIM 和 CARBICE 實(shí)驗(yàn)室

Carbice 最近推出了一個(gè)新網(wǎng)站，技術(shù)和工程界可以在其中了解 Carbice 納米管技術(shù)和毫不妥協(xié)的 Carbice TIM。

“我們的 Carbice SIM 是世界上第一個(gè)讓您無(wú)需測(cè)試即可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)界面熱導(dǎo)率的仿真包。每當(dāng)我們的客戶有新設(shè)計(jì)時(shí)，我們都可以幫助對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，而無(wú)需客戶花費(fèi)大量時(shí)間和金錢(qián)進(jìn)行測(cè)試”，Cola 說(shuō)。

雖然 Carbice SIM 無(wú)需實(shí)驗(yàn)即可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)實(shí)際應(yīng)用條件下的熱導(dǎo)率，但 Carbice Lab 可幫助客戶降低認(rèn)證成本。在 Carbice 實(shí)驗(yàn)室，一組工程師測(cè)試、模擬、設(shè)計(jì)和交付針對(duì)不同類(lèi)型行業(yè)的產(chǎn)品，以便客戶親眼看到結(jié)果。從第一次詢價(jià)到成品，周轉(zhuǎn)時(shí)間可短至 14 周。

“我們的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室 Carbice Lab 是我們?yōu)榭蛻暨M(jìn)行資格認(rèn)證的地方。它縮短了我們客戶的上市時(shí)間，這是我們帶來(lái)的額外好處”，Cola 說(shuō)?！拔覀兿Ｍ蔀橐环N社區(qū)資源，工程師可以在其中找到熱設(shè)計(jì)所需的支持”。

根據(jù) Cola 的說(shuō)法，太空和汽車(chē)行業(yè)是 Carbice 產(chǎn)品的絕佳機(jī)會(huì)，因?yàn)樗鼈兩婕皸l件最?lèi)毫拥挠美?。該公司還滿足半導(dǎo)體測(cè)試行業(yè)的要求，該行業(yè)的材料必須能夠承受大量的萬(wàn)向接頭插入。

“在 Carbice，我們已經(jīng)征服了三個(gè)最嚴(yán)格的資格市場(chǎng)”，Cola 說(shuō)。