江苏MCCL散热基板高性能计算机

PCB是电子设备主要部件，包括电阻、芯片、三极管等，其中芯片发热功率很高，常见CPU为70～300W，是主要发热源。因PCB高集成化，其发热功率不断提升。过高温度对电子设备性能、可靠性、寿命等严重不利。元器件温度相关失效包括机械失效与电气失效。机械失效是温度变化时，结合的各种材料热胀冷缩程度不同，造成材料变形、屈服、断裂等。电气失效是温度变化导致元器件性能改变，如晶体管、芯片电阻等，进而造成热逸溃、电过载;同时温度过高导致电子大量迁移和原子振动加速，造成离子迁移不受控和电子轰击原子现象，引发离子污染和电迁移。这将严重影响元器件的安全、稳定、寿命等。元器件散热分为芯片级、封装级、系统级，芯片级和封装级散热从优化材料和制造工艺入手，降低热阻，而系统级散热是使用合适的散热结构和冷却技术设计符合需求的散热系统，保证元器件能安全长效工作。国际半导体技术发展组织提出，系统级冷却是限制芯片能量损失增长的主要原因。这表明高性能系统级散热技术的重要性。铝基板作为一种成熟的金属基覆铜板，其成本相对较低，更适合于大规模应用。江苏MCCL散热基板高性能计算机

纳米碳材料（碳纳米管、石墨烯等）是目前世界上已知的良好的导热材料之一，是散热涂料理想的功能填料。该散热涂料以辐射能力强、涂层薄、热阻小为特征，可以激发金属散热器表面的共振效应，提高远红外发射效率，加快热量从散热器表面的快速散发。适用于薄膜散热、金属基板散热、LED灯基座散热、电器外壳散热。TNRC-1，固化温度较低，适合铜箔、铝箔的转移涂布和凹版印刷，各种金属件的喷涂。TNRC-2，固化温度不低于130℃，涂层硬度更高，附着力更好，适合各种金属件的喷涂。TNRC-3，丝网印刷的水性散热油墨，适合金属件局部的散热需求。除了提供各种金属基材的散热方案，我们还可以提供多种塑料基材的散热方案，基材包括：PET、PC、PS、PA、ABS等等。上海电子元件散热基板LED灯基座散热与碳纳米管相比，铝基板的力学性能可能稍逊一筹。

通过PCB板本身散热目前广泛应用的PCB板材是覆铜/环氧玻璃布基材或酚醛树脂玻璃布基材，还有少量使用的纸基覆铜板材。这些基材虽然具有优良的电气性能和加工性能，但散热性差，作为高发热元件的散热途径，几乎不能指望由PCB本身树脂传导热量，而是从元件的表面向周围空气中散热。但随着电子产品已进入到部件小型化、高密度安装、高发热化组装时代，若只靠表面积十分小的元件表面来散热是非常不够的。同时由于QFP、BGA等表面安装元件的大量使用，元器件产生的热量大量地传给PCB板，因此，解决散热的方法是提高与发热元件直接接触的PCB自身的散热能力，通过PCB板传导出去或散发出去。

液冷散热液冷性能好于风冷，因为液体比热容远大于空气。常规液冷热流密度达24W/cm2，微通道液冷热流密度可超过790W/cm2。液冷包括浸没冷却和液冷板。浸没冷却是将设备浸入导热性强、导电性弱的冷却剂中，已用于数据中心、基站冷却。浸没冷却运行参数对冷却效果影响很大，系统循环速度更快、供液温度更低都有利于冷却。液冷板对封装要求更低，可直接接触元器件，应用场景更多。优化通道结构能强化换热。Jiang发现V型肋通道传热性能是光滑通道的2.1倍，因为侧壁边界层被破坏形成二次流，使主流直接与壁面换热。肋片虽能优化传热，但带来更大的流动阻力，为此Chen采用拓扑对矩形通道冷板(RCP)和蛇形通道冷板(SCP)优化得到TCP-RCP和TCP-SCP，如图2所示，优化模型减小流动阻力同时强化散热，TCP最高温度分别降低0.27%和1.08%，温差分别降低19.50%和41.88%。碳纳米基板和铝基板在力学性能、热学性能、应用领域和成本等方面存在明显的差异。

碳纳米管具有极高的轴向热导率，因而在大功率电子器件散热材料中被寄予厚望。然而，其小尺寸特性严重制约了其实际应用，碳纳米管之间及其与复合材料基体之间的接触电阻、接触热阻均较大，从而使现有碳纳米管复合材料热导率均与人们的期望相距甚远。中科院苏州纳米所先进材料部李清文研究员课题组以自行宏量制备的碳纳米管粉体为基础，通过对其进行不同基团的功能化并与商用导热硅脂复合，详细考察了功能化对碳纳米管在硅脂中的分散及其与硅脂界面浸润性的影响，发现表面荷负电的羧基化碳纳米管能够实现在硅脂中的高浓度分散并形成导热良好的三维网络，大幅降低导热硅脂的传热阻抗。在此基础上，以设计碳纳米管的三维导热网络结构为目的，通过控制碳纳米管的长度、管径等因素，制备出了具有理想三维网络结构的柔性碳纳米管纸，其传热阻抗可低于导热硅脂和商用散热石墨片，且具备固态自支撑特性，在作为导热界面材料时能够在不污染器件表面的条件下实现高效传热。相较于传统散热材料，纳米碳管的导热性能更加优异，能够更快地传导热量，从而降低电脑等设备的温度。浙江纳米复合石墨烯散热基板LED灯基座散热

碳纳米管作为一种先进的纳米材料，其制造成本可能相对较高，尤其是在大规模生产时。江苏MCCL散热基板高性能计算机

一、概述碳纳米散热基板是一种利用碳纳米材料的优异导热性能来实现高效散热的基板技术。碳纳米管（CNT）和石墨烯是常见的碳纳米材料，它们具有极高的导热系数，能够迅速将热量从热源传导到周围环境，从而有效地降低电子器件的工作温度。二、技术特点高导热性：碳纳米材料的导热系数远高于传统散热材料，如铝和铜，因此能够更快速地传导热量。轻量化：碳纳米材料的密度较低，使得散热基板的整体重量减轻，适用于便携式电子设备。良好的机械性能：碳纳米材料具有高的强度和高柔韧性，能够在保证散热性能的同时，提供良好的机械支撑。耐高温：碳纳米材料具有优异的耐高温性能，能够在高温环境下稳定工作。江苏MCCL散热基板高性能计算机