При работе электронные устройства выделяют тепло. Постоянно растущий объем данных во всем мире увеличивает эту тепловую нагрузку. Для бесперебойной работы устройств требуется отводить тепло с помощью встроенных охладителей. Но такие охладители могут быть большими и дорогими, а их проектирование – сложным. Чтобы решить эту проблему, исследователи из Университета Иллинойса и Беркли разработали новое покрытие на основе меди, которое будет меньше и дешевле в производстве, при этом обеспечивая более эффективное охлаждение.
Перегрев от выделяемого электронным устройством тепла может помешать его работе, привести к повреждению или даже вызвать пожар. По этой причине подобные устройства обычно комплектуются радиаторами с ребрами, которые в идеале устанавливаются вертикально над электронными схемами для более эффективного рассеивания тепла.
Радиаторы различаются по размеру, материалу и конструкции в зависимости от устройства. Также они эволюционировали вместе с центральными и графическими процессорами, которые становятся все более мощными и выделяют больше тепла для обеспечения производительности. PlayStation 5 имеет большой теплоотвод, что позволяет проводить длительные игровые сессии.
Последние технологические достижения привели к разработке радиаторов для мобильных телефонов с малой площадью занимаемого места. Некоторые высокопроизводительные смартфоны оборудованы теплоотводами в виде пасты с микроалмазами, которая эффективно отводит тепло и обеспечивает их работу на полную мощность.
Три основных недостатка
Исследователи, опубликовавшие свои findings в журнале… Несмотря на прогресс в области инженерии, применяемые теплоотводы имеют три главных ограничения. Основной минус — цена как материалов, так и установки. Теплоотводы из алмаза применяются порой на уровне чипов, однако стоят недешево. — заявляет Тарек Гебраэль, ведущий автор исследования нового покрытия и аспирант по машиностроению в Университете Иллинойса, в своем сообщении.
Второй главный недостаток — необходимость теплораспределителя и теплоотвода для обычного отвода тепла. Эффективный отвод тепла двухкомпонентным кулером возможен только при установке над устройством. Чаще всего наибольшая концентрация тепла формируется под устройством, поэтому система охлаждения не оказывается в наиболее эффективном месте.
Установка радиаторов непосредственно на электронную поверхность невозможна из-за необходимости промежуточного слоя теплового интерфейса для обеспечения контакта и повышения производительности. Этот слой, однако, характеризуется низкой теплопроводностью и может снизить эффективность работы радиаторов.
Более выгодное решение
Исследователи предложили решение, которое устранит все три недостатка! В качестве материала для охладительного покрытия выбрана медь — более дешёвый материал по сравнению с алмазом или другими металлами. Покрытие полностью охватывает электронное устройство, благодаря чему тепло поглощается и рассеивается равномерно. Третье преимущество — отсутствие необходимости в материале для термического интерфейса. Таким образом, вся система охлаждения интегрирована в одно устройство.
В сравнении с существующими радиаторами медная облицовка будет по крайней мере столь же эффективной. Ученые проверили своё устройство на значительно более маленьком устройстве, чем те, где применяются обычные радиаторы, и зафиксировали увеличение производительности на единицу объема на 740%. С нашим покрытием помещается больше печатных плат в том же объеме, что и с обычными радиаторами. «, — объясняет Гебраэль.
Новая система может оказаться полезна для объектов, обрабатывающих большие объемы данных, например центров обработки данных. Следующий шаг исследовательской группы — изучение надежности и долговечности покрытия в различных средах: кипящей воде, кипящих диэлектрических жидкостях и высоковольтных средах.