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熱問題有關(guān)。

在本文中，我們將了解 Carbice 公司開發(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)熱率過低、熱阻過高和制造復(fù)雜性。

此外，由于循環(huán)過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。反過來，這會(huì)損害設(shè)備的整體性能并縮短其使用壽命。

Carbice 開發(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 說道。 EE Times 的采訪?！耙虼?，我認(rèn)為使用垂直排列的碳納米管等堅(jiān)固材料來滿足苛刻的機(jī)械和熱要求，并具有更容易的組裝過程，這將是一種有趣的方法?！?

這種材料是通過在納米尺度上生長(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?，這是巨大的，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。

與此同時(shí)，公司進(jìn)入了半導(dǎo)體測(cè)試領(lǐng)域，這是可樂在英特爾的起點(diǎn)。汽車制造商實(shí)際上使用不同類型的 Carbice 材料進(jìn)行可靠性測(cè)試，例如評(píng)估車輛是否符合汽車要求以及能否在汽車應(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壽命開始性能

“我們知道，在混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車中，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。

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，而無需客戶花費(fèi)大量時(shí)間和金錢進(jìn)行測(cè)試”，Cola 說。

雖然 Carbice SIM 無需實(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，這是我們帶來的額外好處”，Cola 說?！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 的說法，太空和汽車行業(yè)是 Carbice 產(chǎn)品的絕佳機(jī)會(huì)，因?yàn)樗鼈兩婕皸l件最惡劣的用例。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。