Arenev ja arenev jahutustehnoloogia
Kahemõõtmelised materjalid
Kahemõõtmeliste materjalide all mõeldakse materjale, milles elektronid saavad nanomeetri skaalal vabalt liikuda ainult kahes mõõtmes, st elektronid saavad liikuda ainult tasapinnal. Levinud kahemõõtmeliste materjalide hulka kuuluvad grafeen, kuusnurkne boornitriid, supervõred, kvantkaevud jne. Tänu väga heale soojusjuhtivusele saab elektrooniliste kiipide pakendamiseks kasutada kahemõõtmelisi materjale soojuse hajumise suurendamiseks. Grafeen, kui tüüpiline esindaja, on tänu tugevale sp2-sidemele ülikõrge soojusjuhtivusega 5300 W/(m·K), mida saab kasutada paljulubava soojust hajutava materjalina. Paljud dokumendid on teatanud, et elektroonikaseadmetes saab soojust hajutavate kihtidena kasutada mitmesuguseid grafeenipõhiseid kilesid, grafeenipaberit, mitmekihilisi grafeeni/epoksüpolümeermaterjale ja grafeenilehti. Kuusnurkse boornitriidi kui kahemõõtmelise soojust juhtiva, kuid elektrit mitte juhtiva materjali soojusjuhtivus on 390 W/(m·K) ja paisumiskoefitsient on hetkel teadaolevatest keraamilistest materjalidest väikseim. Joonisel 6 on skemaatiline diagramm kahemõõtmeliste materjalide kasutamisest IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor) pakendamiseks.
Numbrilise simulatsiooni abil leidsid Liu Shutian et al. leidis, et parima soojuseraldusvõimega kahemõõtmeline poorne materjal on korrapärase kuusnurkse mikrostruktuuri tüüp. Wu Xiangshui ja teised tutvustasid üksikasjalikult kahemõõtmeliste materjalide soojusjuhtivuse mõõtmise tehnoloogiat ja erinevate kahemõõtmeliste materjalide soojusjuhtivust. Bao Jie kasutab suure võimsusega elektroonikaseadmete soojuse hajumise probleemi lahendamiseks kahemõõtmelist kihilist materjali, kuusnurkset boornitriidi, ja pakub välja plaani selle soojuse hajumise efekti veelgi tugevdamiseks. Grafeeni soojuse hajutamise rakendus kahemõõtmelistes materjalides on kõige tüüpilisem. Autor usub, et grafeenkile saab kiibil katta elektroonilise kiibi soojuse hajumise käigus ning kuusnurkse boornitriidi saab täita pakkevaiku, mis võib olla väga suur. Soojustakistuse vähenemise aste. Kahemõõtmeline materjalisoojuse hajutamine on tööstuses praegu arenemisjärgus ja selles valdkonnas on veel palju teha. Küpsena säravad kahemõõtmelised materjalid kindlasti laastude soojuse hajumise vallas.
2.2 Ioontuule soojuse hajumine Kui terava pinna ja nüri pinna vahele rakendatakse elektrivälja, ioniseerub terava pinna lähedal suur hulk negatiivseid ioone ja nüri pinna lähedal tekib suur hulk positiivseid ioone. Positiivsed ja negatiivsed ioonid tuleb neutraliseerida ning negatiivsed ioonid lendavad positiivsete ioonide juurde. Ioonide liikumine põhjustab ümbritsevas vedelikus suuri häireid. Inertsi tõttu ajendatakse teisi õhus olevaid molekule koos liikuma, tekitades ioontuult. Joonis 7 on ioontuule tekitamise skemaatiline diagramm. Ioontuule soojuse hajumise tehnoloogia leiutas esmakordselt 2006. aastal professor Alexander Mamishev. Tessera, ülemaailmne elektroonikatoodete miniaturiseerimistehnoloogia tarnija, tõi turule Electrohydro Dynamic (EHD) soojuse hajutamise lahenduse, mis põhineb ioontuule soojuse hajutamisel. Pindala on vaid 3cm2 ja paigaldatav. Sülearvutis. Selle soojuse hajutamise meetodi suurim eelis on see, et puudub mehaaniline mehhanism ja ei teki müra. Ioontuule soojuse hajumisega on probleeme. Näiteks võib suureneda süsteemi energiatarve ning ioontuule tekitatav elektromagnetkiirgus mõjutab ka inimeste tervist. Need probleemid on aga lahendatud. Probleemid, kuidas vältida tolmu teket ja kuidas pikendada kasutusiga, on endiselt lahendamisel.
Pärast mitmete ülaltoodud soojuse hajumise meetodite sorteerimist ja analüüsimist ei ole raske tõdeda, et elektroonikaseadmete pideva uuendamise ja edenemisega taotlevad elektroonikaseadmete soojuse hajutamise meetodid üha enam kaasaskantavust ja suuremat efektiivsust. Kuigi elektroonikaseadmed ja elektroonilised kiibid on täpsemad ja kompaktsemad, toovad need kaasa ka probleeme soojuse hajutamisega. Temperatuuri mõju elektroonikaseadmetele kajastub peamiselt kahes aspektis: üks on kiibi termiline rike ja teine stressikahjustus. Võrreldes ülaltoodud soojuse hajumise meetodeid, kui ühel meetodil üksi on liiga palju puudujääke, saab soojuse hajutamiseks kasutada mitut meetodit, näiteks: ioontuul ja sundõhujahutus soojuse hajutamiseks; faasimuutusenergia salvestamine ja soojustorud soojuse hajutamiseks; 2. Mõõtmetega materjalid pakitakse ja kombineeritakse teiste soojuse hajumise meetoditega."5D elektrooniline veri" on väga paljulubav tehnoloogia ja see on suur muutus väljatöötatavates elektroonikaseadmetes. Kahemõõtmeliste materjalide kasutamine elektroonikaseadmete pakendamiseks ja mikrokanalite kasutamine põhjaplaadil muutub üha laialdasemaks ning erinevateks olukordadeks tuleb valida muud soojuse hajutamise meetodid. Autor isiklikult eelistab faasimuutusenergia salvestavat jahutust ja soojustoru jahutust.
Praegu on soojuse hajumise teoreetilised uuringud suhteliselt lõpule viidud, kuid esineb ka palju tehnilisi raskusi. Elektroonikaseadmete edasist arengut takistab kaudselt ka soojuse hajumise tehnoloogia kitsaskoht. Sinna on veel pikk tee minna. Praegustest probleemidest läbimurdmine ja paremate soojust hajutavate materjalide leidmine on soojuse hajumise valdkonnas alati kuum teema.
