I. Aluminij protiv dijamanta
Sa dolaskom ere računarske snage AI, tradicionalna rješenja za termičku provodljivost i disipaciju hitno moraju prevazići uska grla-Metalni aluminijum ima toplotnu provodljivost od približno 240 W/(m·K), što je znatno veće od većine keramičkih materijala. Sferični aluminijski prah se može koristiti kao punilo u termalnim mastima, termalnim jastučićima ili materijalima za promjenu faze, a primjenjuje se između čipova i metalnih hladnjaka u scenarijima gdje električna izolacija nije potrebna ili se može postići kroz strukturalni dizajn. Dijamant se, s druge strane, ističe po svojoj izuzetnoj toplotnoj provodljivosti (otprilike 2000 W/(m·K) za monokristale na sobnoj temperaturi) i niskom koeficijentu toplotnog širenja (CTE). Ne samo da se smatra važnim istraživačkim smjerom, već je također razvijen i primijenjen u različitim proizvodima, uključujući kompozite bakra (aluminij)/dijamanta, kompozite od silicijum karbida/dijamanta, CVD tankoslojne materijale, premaze od nanočestica i TIM materijale koji sadrže dijamantski mikro prah.
II. Analiza problema i rješenja
Potreban je uvod u formulu "R=BLT / (λ × A)". Ovdje R predstavlja toplinski otpor, BLT (Debljina linije veze) je debljina linije veze, λ je toplinska provodljivost materijala, a A je kontaktna površina. Ova formula intuitivno pokazuje da je toplotna otpornost, kao mjera sposobnosti materijala da ometa protok topline, obrnuto proporcionalna toplinskoj provodljivosti. BLT se lako može shvatiti kao dužina puta provodljivosti toplote, koja je direktno proporcionalna toplotnom otporu i stoga obrnuto proporcionalna toplotnoj provodljivosti.
Bez sumnje, dijamant ima veću toplotnu provodljivost λ od aluminijuma. Međutim, u praksi, "značajno povećanje viskoziteta silikonske masti ograničava količinu punjenja dijamantskog praha." Istraživači, inženjeri i tehničari u industriji praha sigurno su upoznati sa izazovima s kojima se gospodin Liu suočava. Uobičajena rješenja uključuju:
1, Obrada površinskog premaza za smanjenje interakcija čestica i poboljšanje kompatibilnosti između punila i matrice, rješavajući probleme poput visoke površinske energije koja uzrokuje laku aglomeraciju.
2, Podešavanje morfologije čestica i raspodjele veličine čestica. Sferični ili sferoidni prahovi nude bolju fluidnost i niži viskozitet. Kombinovanje čestica različitih veličina omogućava manjim česticama da popune praznine između većih, formirajući gušću i efikasniju toplotno provodljivu mrežu sa istim ili čak nižim ukupnim zapreminskim udelom.
3, Optimiziranje procesa disperzije ili korištenje aditiva kako bi se osiguralo da je prah punila potpuno i ravnomjerno raspršen, izbjegavajući lokalne diskontinuitete koji bi mogli ugroziti ukupne performanse.
Osim ovih metoda, konstrukcija i optimizacija toplotno provodljivih struktura uključuje složenije i raznovrsnije izborne i kombinovane strategije materijala. Na primjer, mono{1}}velike čestice od jednog kristala imaju dobro-uređenu strukturu sa gotovo bez defektnih granica zrna, što minimizira raspršivanje fonona i omogućava nesmetan prijenos topline kroz kristalnu rešetku. Drugi primjer su poliedarske čestice, koje mogu postići "kontakt licem--licem" između kristalnih ravni, za razliku od "tačka{6}}to- kontakta" sfernih čestica, značajno povećavajući područje prijenosa topline. Osim toga, mogu se koristiti više{9}}komponentne ili više{10}}morfološke sinergije, kao što je korištenje pahuljica ili šipki (sa visokim odnosom širine i visine) napravljenih od istih ili različitih materijala za izgradnju efikasnijih toplotno provodljivih mreža.