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Eine neue Lösung, um elektronische Geräte zu kühlen und sie vor Überhitzung zu schützen

Eine neue Lösung, um elektronische Geräte zu kühlen und sie vor Überhitzung zu schützen

Der in dieser Studie entwickelte kupferbeschichtete Heatspreader (Mitte) im Vergleich zu zwei Standard-Wärmemanagementmethoden: einer mit Lötmittel beschichteten Kupferebene einer Leiterplatte (links) und einem Kupferkühlkörper (rechts). Bildnachweis: Gebrael et al.

Elektronische Geräte, einschließlich Smartphones und tragbare Tablet-Computer, werden immer fortschrittlicher und kompakter. Mit zunehmender Leistung und abnehmender Größe erzeugen diese Geräte mehr Wärme, was ihre Sicherheit verringern und zum Bruch führen kann.

In den letzten Jahren haben Ingenieure daher versucht, Strategien zu entwickeln, die eine Überhitzung der Elektronik verhindern könnten. Eine vorgeschlagene Lösung beinhaltet die Verwendung von Wärme Spreizer, Schichten, die die Ausbreitung und Ableitung von Wärme im Inneren von Geräten fördern.

Forscher der University of Illinois at Urbana-Champaign und der University of California, Berkeley (UC Berkeley) haben kürzlich eine alternative Strategie entwickelt, die Elektronik effizienter kühlen könnte als andere bestehende Lösungen. Ihre Strategie, vorgestellt in einem Artikel, der in veröffentlicht wurde Natur-Elektronikbasiert auf der Verwendung von Wärmeverteilern, die aus einer elektrisch isolierenden Schicht aus Poly(2-chlor-p-Xylylen) (Parylene C) und a Glasur aus Kupfer.

„Unser jüngstes Papier war der Höhepunkt unserer Bemühungen, beschichtete Wärmeverteiler für die hocheffiziente Elektronikkühlung herzustellen“, sagte Tarek Gebrael, einer der Forscher, die die Studie durchgeführt haben, gegenüber TechXplore. „Die Motivation war, eine effektive Wärmeabfuhr von leistungsdichter Elektronik zu ermöglichen.“

Heatspreader sind Kühlsysteme aus Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie Kupfer und Aluminium. Diese Systeme können die von den Geräten erzeugte Wärme auf eine größere Oberfläche verteilen, was es ihnen erleichtert, Wärme an die Umgebung abzugeben.

„Der Vorteil der Verwendung unserer Wärmeverteiler mit konformer Beschichtung besteht darin, dass sie das elektronische Gerät vollständig abdecken, einschließlich der Ober- und Unterseite sowie der Seiten des Geräts“, erklärte Gebrael. „Dies ist mit Standard-Wärmeverteilern, die normalerweise oben auf dem Gerät angebracht werden, oder mit Standard-Kupferplatten für Leiterplatten nicht möglich. Durch das Erreichen dieser konformen Beschichtungen konnten wir mehr Wege für die Wärme bereitstellen, die die Elektronik verlässt Gerätwas sich in einer besseren Kühlleistung niederschlägt.”

In der Vergangenheit hatten Teams ähnliche Techniken entwickelt, die eine Überhitzung verhindern, indem sie mehr “Wege” für die Hitze öffnen, um elektronische Geräte zu verlassen. Früher vorgeschlagene Lösungen verwenden jedoch sehr teure Materialien, wie beispielsweise Diamant. Dies macht es schwierig, sie in großem Maßstab zu entwickeln und umzusetzen.

Gebrael und seine Kollegen bewerteten ihre kupferbeschichteten Heatspreader in einer Reihe von Tests und stellten fest, dass sie extrem gut abschnitten. Insbesondere erzielte ihre Lösung eine bis zu 740%ige Steigerung der Leistung pro Volumeneinheit im Vergleich zu heute verwendeten standardmäßigen luftgekühlten Kupferkühlkörpern.

„Dieses bemerkenswerte Ergebnis ergibt sich aus der Effektivität unserer Verteiler bei der Wärmeableitung sowie dem kompakten Volumen, das sie einnehmen, wenn sie auf Leiterplatten aufgebracht werden“, sagte Gebrael. „Diese Funktion ermöglicht es, mehr Elektronik auf kleinerem Raum ohne Überhitzungsprobleme unterzubringen, was für die Schaffung von Plattformen für zukünftige Technologien (KI, Augmented Reality usw.) unerlässlich ist.“

Die von diesem Forscherteam entwickelten Heatspreader könnten in Zukunft zur Kühlung eingesetzt werden elektronische Geräte effizienter, ohne teure Materialien zu benötigen. Insbesondere kombiniert das von ihnen vorgeschlagene Beschichtungsrezept Prozesse, die bereits in der Elektronikindustrie verwendet werden. Dies könnte seine Anwendung in realen Umgebungen und seine Kommerzialisierung weiter erleichtern.

„Wir untersuchen jetzt die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit unserer Beschichtungen in bestimmten Umgebungen (kochendes Wasser, kochende dielektrische Flüssigkeiten, Temperaturwechsel und Hochspannungsumgebungen) über lange Zeiträume“, fügte Gebrael hinzu. „Wir wollen sicherstellen, dass unsere Beschichtungen ihre überlegene Kühlleistung behalten. Wir implementieren die Beschichtungen auch mit vollwertigen Leistungsmodulen und GPU-Karten, während wir in der Anfangsarbeit nur einfache Testplatinen verwendet haben.“


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Mehr Informationen:
Tarek Gebrael et al, Hocheffiziente Kühlung durch die monolithische Integration von Kupfer in elektronischen Geräten, Natur-Elektronik (2022). DOI: 10.1038/s41928-022-00748-4

© 2022 Science X Netzwerk

Zitieren: A new solution to cool electronic devices and prevent them from overheating (2022, 19. Mai), abgerufen am 19. Mai 2022 von https://techxplore.com/news/2022-05-solution-cool-electronic-devices-overheating.html

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