Учёные предложили способ почти на порядок улучшить отвод тепла от печатных плат с помощью тонкого слоя меди

Учёные продолжают поиски наиболее эффективных способов отвода тепла от электронных устройств. В новом исследовании команда специалистов из Университета Иллинойса и Калифорнийского университета в Беркли показала новый метод охлаждения, эффективность которого оказалась на 740 % выше, чем при использовании радиаторов, термопаст и других традиционных способов отвода тепла.

Плата с конформным медным покрытием по центру. Источник изображения: University of Illinois

Одним из самых узких мест при отводе тепла было и остаётся область контакта радиатора с поверхностью чипов или другими поверхностями электронных устройств, которые необходимо охлаждать. Кроме того, нижняя часть радиатора греется сильнее всего, что делает проблематичным эффективное охлаждение лежащих рядом областей той же печатной платы. Учёные, исследование которых вышло в престижном журнале Nature Electronics, решили обе эти проблемы одним приёмом.

Печатная плата и электронные компоненты на ней были покрыты слоем поли-пара-ксилилена (Parylene C). Это диэлектрический материал и распространённое средство для покрытия печатных плат для защиты от окисления и других воздействий окружающей среды. Вторым шагом стало нанесение поверх диэлектрика покрытия из меди. Медь наносилась как и защитное покрытие сплошным слоем. Благодаря слою Parylene C она не могла закоротить электронные цепи и одновременно легла на все открытые поверхности со всех сторон, став чем-то вроде сплошного радиатора и, фактически, став одним целым с электронными компонентами.

Сначала медь осаждали из паровой фазы в вакууме, что позволило нанести слой толщиной 20 нм, а затем добавили 50 нм методом электролиза. Электролиз позволил нанести медь на все незатронутые места, что позволило покрыть таким способом все поверхности на плате и чипах.

Источник изображения: University of Illinois

Эксперименты показали, что подобное медное конформное покрытие справляется с отводом тепла от электронных плат не хуже традиционных способов при полном отсутствии тяжёлых радиаторов. Более того, покрытые таким способом платы можно в большем количестве устанавливать в ограниченном объёме корпусов и это только улучшит отвод тепла. На стенде учёные показали, что эффективность теплоотвода может повышаться до 8,4 раз.

Исследование подтвердило, что это конформное медное покрытие подходит для использования в системах воздушного и водяного охлаждения, хотя необходимы дальнейшие испытания, чтобы узнать, насколько прочным будет это решение в кипящей воде, кипящих диэлектрических жидкостях, при подаче высокого напряжения и в схемах, более сложных, чем простые испытательные стенды, использованные в исследовании.