碳纳米管使固体热界面材料成为可能

[导读]当今市场需要具有先进功能和日益紧凑尺寸的电子设备。小型化趋势使设计人员面临艰巨的挑战，这首先与所需组件的集成密度不断提高以及不可避免的过热问题有关。在本文中，我们将了解 Carbice 公司开发的基于碳纳米管的方法如何能够创建一个有效的冷却系统，该系统将液体和固体热界面材料 (TIM) 的特性结合在一个单一的解决方案。

当今市场需要具有先进功能和日益紧凑尺寸的电子设备。小型化趋势使设计人员面临艰巨的挑战，这首先与所需组件的集成密度不断提高以及不可避免的过热问题有关。

在本文中，我们将了解 Carbice 公司开发的基于碳纳米管的方法如何能够创建一个有效的冷却系统，该系统将液体和固体热界面材料 (TIM) 的特性结合在一个单一的解决方案。

CARBICE 不妥协 TIM

Carbice 是一家总部位于亚特兰大的公司，以可承受的成本种植、应用、定制和制造碳纳米管，提供可扩展的解决方案，以满足当今最苛刻应用的要求。

Carbice 纳米管技术基于与铝芯共价键合的对齐碳纳米管。Carbice TIM 克服了以往 TIM 的局限性，例如导热率过低、热阻过高和制造复杂性。

此外，由于循环过程中不同材料之间的界面上发生复杂的热机械变化，传统 TIM 的性能会随着时间的推移而下降。反过来，这会损害设备的整体性能并缩短其使用寿命。

Carbice 开发的 TIM 被命名为“不妥协”，因为它兼具固体 TIM(高导热性和易于加工)和液体 TIM(低热界面电阻)的优点，但没有任何限制。Carbice TIM 具有出色的导热性和低热阻，易于使用，并且不会随着时间和循环而退化。

Carbice TIM(右上角)兼具低热阻和稳定热阻的特点，优于液态和固态热界面材料。

“实际上，我从在英特尔工作的经历中得到了 Carbice 的想法。那时，我的兴趣是老化测试，他们很难找到足够可靠或实用的热界面材料以安装在大批量生产中，”Carbice 的首席执行官兼创始人 Baratunde Cola 说道。 EE Times 的采访。“因此，我认为使用垂直排列的碳纳米管等坚固材料来满足苛刻的机械和热要求，并具有更容易的组装过程，这将是一种有趣的方法。”

这种材料是通过在纳米尺度上生长数十亿个排列整齐且导热的碳纳米管来构建的，这样它们就可以形成热量从热端移动到冷端的路径。，这些纳米管也很灵活，它们可以弯曲和回弹以填充热界面上的空隙空间，并匹配循环过程中界面的动态热机械变化。这使 Carbice 能够在延长设备使用寿命的同时实现不折不扣的设备性能。

“2017 年，我们开始努力获得航天工业热界面材料供应商的资格。我们经历了所有的可靠性测试和长期热循环，我们取得了成功，这是巨大的，因为一旦某物符合太空要求，它几乎可以胜任任何恶劣的环境。太空随后成为我们商业业务增长的第一个领域”，Cola 说。

与此同时，公司进入了半导体测试领域，这是可乐在英特尔的起点。汽车制造商实际上使用不同类型的 Carbice 材料进行可靠性测试，例如评估车辆是否符合汽车要求以及能否在汽车应用典型的极端温度条件下成功运行。

Carbice Pads 针对不同的需求进行了调整，包括适用于广泛应用的 Ice Pad、适用于太空物品的 Space Pad，以及适用于传统 TIM 极度磨损的界面的 Contact Pad。Ice Pad 可为大多数应用提供最佳冷却效果，例如高端计算处理器、电动汽车电源模块和消费电子产品。Space Pad 是一种符合 TRL9 标准的不妥协 TIM，用于冷却已经在轨的大小卫星，现在它已成为太空标准。同时，接触垫是最耐用的 TIM，旨在满足需要反复接通和断开接触或滑动接触的挑战性场景，例如用于半导体测试。

对不同材料的分析证明，经过2000次循环后，油脂的热阻是Ice Pad的2.6倍，相变材料(PCM)的热阻是Ice Pad的1.4倍。

此外，Carbice 的主要太空客户观察到 Space Pad 提供的其他好处，例如：

· 相同的材料可用于地面测试和飞行中

· 节省空间、重量和成本

· 寿命终止性能甚至超过寿命开始性能

“我们知道，在混合动力和电动汽车中，半导体仅以其标称速率的 60% 或 70% 运行，因为 PCM 和润滑脂等传统 TIM 将在多年内抽出并退化。Carbice Pad 在循环过程中提供可靠的性能，不会导致您的设备降额，甚至可以随着时间的推移变得更好”，Cola 说。

这意味着冷却系统可以更紧凑，它们可以进行不同的设计以节省成本和重量，或者您可以在设计中从更少的半导体中获得更多收益。

CARBICE SIM 和 CARBICE 实验室

Carbice 最近推出了一个新网站，技术和工程界可以在其中了解 Carbice 纳米管技术和毫不妥协的 Carbice TIM。

“我们的 Carbice SIM 是世界上第一个让您无需测试即可准确预测界面热导率的仿真包。每当我们的客户有新设计时，我们都可以帮助对其进行优化，而无需客户花费大量时间和金钱进行测试”，Cola 说。

虽然 Carbice SIM 无需实验即可准确预测实际应用条件下的热导率，但 Carbice Lab 可帮助客户降低认证成本。在 Carbice 实验室，一组工程师测试、模拟、设计和交付针对不同类型行业的产品，以便客户亲眼看到结果。从第一次询价到成品，周转时间可短至 14 周。

“我们的测试实验室 Carbice Lab 是我们为客户进行资格认证的地方。它缩短了我们客户的上市时间，这是我们带来的额外好处”，Cola 说。“我们希望它成为一种社区资源，工程师可以在其中找到热设计所需的支持”。