I. Aluminio versus Diamante
Con la llegada de la era de la potencia informática de la IA, las soluciones tradicionales de conducción y disipación térmica deben superar urgentemente los cuellos de botella.-El aluminio metálico tiene una conductividad térmica de aproximadamente 240 W/(m·K), significativamente más alta que la mayoría de los materiales cerámicos. El polvo de aluminio esférico se puede utilizar como relleno en grasas térmicas, almohadillas térmicas o materiales de cambio de fase-, aplicado entre chips y disipadores de calor metálicos en escenarios donde no se requiere aislamiento eléctrico o se puede lograr mediante el diseño estructural. El diamante, por otro lado, destaca por su excepcional conductividad térmica (aproximadamente 2000 W/(m·K) para monocristales a temperatura ambiente) y su bajo coeficiente de expansión térmica (CTE). No solo se considera una importante línea de investigación, sino que también se ha desarrollado y aplicado en diversos productos, incluidos compuestos de cobre (aluminio) y diamante, compuestos de carburo de silicio y diamante, materiales de película delgada-CVD, recubrimientos de nanopartículas y materiales TIM que incorporan micropolvo de diamante.
II. Análisis de problemas y soluciones
Es necesaria una introducción a la fórmula "R=BLT / (λ × A)". Aquí, R representa la resistencia térmica, BLT (Bond Line Thickness) es el espesor de la línea de unión, λ es la conductividad térmica del material y A es el área de contacto. Esta fórmula muestra intuitivamente que la resistencia térmica, como medida de la capacidad de un material para impedir el flujo de calor, es inversamente proporcional a la conductividad térmica. BLT puede entenderse fácilmente como la longitud del camino de conducción de calor, que es directamente proporcional a la resistencia térmica y, por tanto, inversamente proporcional a la conductividad térmica.
Sin duda, el diamante tiene una conductividad térmica λ mayor que el aluminio. Sin embargo, en la práctica, "el aumento significativo de la viscosidad de la grasa de silicona limita la cantidad de relleno de polvo de diamante". Los investigadores, ingenieros y técnicos de la industria del polvo ciertamente están familiarizados con los desafíos que enfrenta el Sr. Liu. Las soluciones comunes incluyen:
1, tratamiento de recubrimiento de superficie para reducir las interacciones de partículas y mejorar la compatibilidad entre el relleno y la matriz, abordando problemas como la alta energía superficial que causa una fácil aglomeración.
2, Ajuste de la morfología de las partículas y la distribución del tamaño de las partículas. Los polvos esféricos o esferoidales ofrecen mejor fluidez y menor viscosidad. La combinación de partículas de diferentes tamaños permite que las partículas más pequeñas llenen los espacios entre las más grandes, formando una red térmicamente conductora más densa y más eficiente con la misma fracción de volumen total o incluso menor.
3, optimizar los procesos de dispersión o utilizar aditivos para garantizar que el polvo de relleno se disperse total y uniformemente, evitando discontinuidades locales que podrían comprometer el rendimiento general.
Más allá de estos métodos, la construcción y optimización de estructuras térmicamente conductoras implica estrategias de combinación y selección de materiales más complejas y diversas. Por ejemplo, las partículas grandes de un solo cristal-tienen una estructura bien-ordenada, casi sin límites de grano defectuosos, lo que minimiza la dispersión de fonones y permite que el calor se transfiera sin obstáculos a través de la red cristalina. Otro ejemplo son las partículas poliédricas, que pueden lograr un "contacto de cara-a-cara" entre planos cristalinos, a diferencia del "contacto de punto-a-punto" de las partículas esféricas, lo que aumenta significativamente el área de transferencia de calor. Además, se pueden utilizar sinergias de múltiples componentes o múltiples-morfología, como el uso de escamas o varillas (con relaciones de aspecto altas) hechas del mismo o de diferentes materiales para construir redes térmicamente conductoras más efectivas.