Электронные устройства, в том числе смартфоны и планшетные портативные компьютеры, становятся все более совершенными и компактными. По мере увеличения производительности и уменьшения размера эти устройства выделяют больше тепла, что может снизить их безопасность и привести к их поломке.

Таким образом, в последние годы инженеры пытались разработать стратегии, которые могли бы предотвратить перегрев электроники. Одно из предлагаемых решений предполагает использование распределителей тепла , слоев, способствующих распространению и рассеиванию тепла внутри устройств.

Исследователи из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн и Калифорнийского университета в Беркли (UC Berkeley) недавно разработали альтернативную стратегию, которая может охлаждать электронику более эффективно, чем другие существующие решения. Их стратегия, представленная в статье, опубликованной в Nature Electronics , основана на использовании распределителей тепла, состоящих из электроизоляционного слоя поли(2-хлор- п — ксилилена) (парилена С) и медного покрытия .

«Наша недавняя статья стала кульминацией наших усилий по созданию теплораспределителей с покрытием для высокоэффективного охлаждения электроники», — сказал TechXplore Тарек Гебраэль, один из исследователей, проводивших исследование. «Мотивация заключалась в том, чтобы обеспечить эффективный отвод тепла от электроники с высокой плотностью энергии».

Теплораспределители — это системы охлаждения, состоящие из материалов с высокой теплопроводностью, таких как медь и алюминий. Эти системы могут распределять тепло, выделяемое устройствами, по большей площади поверхности, что облегчает их рассеивание в окружающую среду.

«Преимущество использования наших распределителей тепла с конформным покрытием заключается в том, что они полностью покрывают электронное устройство, включая верхнюю, нижнюю и боковые стороны устройства», — пояснил Гебраэль. «Это невозможно со стандартными распределителями тепла, которые обычно добавляются поверх устройства, или со стандартными медными пластинами печатной платы. Достигнув этих конформных покрытий, мы смогли предоставить больше путей для отвода тепла от электронного устройства , что приводит к более высокая эффективность охлаждения».

В прошлом команды разрабатывали аналогичные методы, которые предотвращают перегрев, открывая больше «маршрутов» для отвода тепла от электронных устройств. Однако в ранее предложенных решениях использовались очень дорогие материалы, такие как алмаз. Это затрудняет их разработку и внедрение в больших масштабах.

Гебраэль и его коллеги оценили свои теплораспределители с медным покрытием в серии испытаний и обнаружили, что они работают очень хорошо. В частности, их решение позволило увеличить мощность на единицу объема до 740% по сравнению со стандартными медными радиаторами с воздушным охлаждением, используемыми сегодня.

«Этот замечательный результат обусловлен эффективностью рассеивания тепла нашими рассеивателями, а также компактным объемом, который они занимают при нанесении на печатные платы», — сказал Гебраэль. «Эта функция позволяет разместить больше электроники в меньшем пространстве без проблем с перегревом, что необходимо для создания платформ технологий будущего (ИИ, дополненная реальность и т. д.)».

В будущем теплораспределители, разработанные этой группой исследователей, можно будет использовать для более эффективного охлаждения электронных устройств без использования дорогостоящих материалов. Примечательно, что предложенный ими рецепт покрытия сочетает в себе процессы, которые уже используются в электронной промышленности. Это может еще больше облегчить его применение в реальных условиях и его коммерциализацию.

«В настоящее время мы изучаем надежность и долговечность наших покрытий в определенных условиях (кипящая вода, кипящие диэлектрические жидкости, термоциклирование и высокое напряжение) в течение длительных периодов времени», — добавил Гебраэль. «Мы хотим убедиться, что наши покрытия сохраняют свои превосходные характеристики охлаждения. Мы также внедряем покрытия с полноценными силовыми модулями и графическими картами, тогда как в начальной работе мы использовали только простые тестовые платы».