I. Aluminium contre diamant
Avec l'avènement de l'ère de la puissance de calcul de l'IA, les solutions traditionnelles de conduction et de dissipation thermique doivent de toute urgence surmonter les goulots d'étranglement.-L'aluminium métallique a une conductivité thermique d'environ 240 W/(m·K), nettement supérieure à celle de la plupart des matériaux céramiques. La poudre d'aluminium sphérique peut être utilisée comme charge dans les graisses thermiques, les tampons thermiques ou les matériaux à changement de phase-, appliqués entre les puces et les dissipateurs thermiques métalliques dans des scénarios où l'isolation électrique n'est pas requise ou peut être obtenue grâce à la conception structurelle. Le diamant, quant à lui, se distingue par sa conductivité thermique exceptionnelle (environ 2000 W/(m·K) pour les monocristaux à température ambiante) et son faible coefficient de dilatation thermique (CTE). Il est non seulement considéré comme une direction de recherche importante, mais a également été développé et appliqué dans divers produits, notamment les composites cuivre (aluminium)/diamant, les composites carbure de silicium/diamant, les matériaux à couche mince CVD-, les revêtements de nanoparticules et les matériaux TIM incorporant des micropoudres de diamant.
II. Analyse des problèmes et solutions
Une introduction à la formule "R=BLT / (λ × A)" est nécessaire. Ici, R représente la résistance thermique, BLT (Bond Line Thickness) est l'épaisseur de la ligne de liaison, λ est la conductivité thermique du matériau et A est la zone de contact. Cette formule montre intuitivement que la résistance thermique, en tant que mesure de la capacité d'un matériau à empêcher le flux de chaleur, est inversement proportionnelle à la conductivité thermique. Le BLT peut être facilement compris comme la longueur du chemin de conduction thermique, qui est directement proportionnelle à la résistance thermique et donc inversement proportionnelle à la conductivité thermique.
Sans aucun doute, le diamant a une conductivité thermique λ plus élevée que l’aluminium. Or, en pratique, « l’augmentation significative de la viscosité de la graisse silicone limite la quantité de remplissage en poudre de diamant ». Les chercheurs, ingénieurs et techniciens de l’industrie des poudres connaissent certainement les défis auxquels M. Liu est confronté. Les solutions courantes incluent :
1, traitement de revêtement de surface pour réduire les interactions des particules et améliorer la compatibilité entre la charge et la matrice, résolvant des problèmes tels qu'une énergie de surface élevée provoquant une agglomération facile.
2, ajustement de la morphologie des particules et de la distribution granulométrique. Les poudres sphériques ou sphéroïdales offrent une meilleure fluidité et une viscosité plus faible. La combinaison de particules de différentes tailles permet aux particules plus petites de combler les espaces entre les plus grandes, formant ainsi un réseau thermiquement conducteur plus dense et plus efficace avec une fraction volumique totale identique, voire inférieure.
3, Optimiser les processus de dispersion ou utiliser des additifs pour garantir que la poudre de remplissage est entièrement et uniformément dispersée, en évitant les discontinuités locales qui pourraient compromettre les performances globales.
Au-delà de ces méthodes, la construction et l’optimisation de structures thermiquement conductrices impliquent des stratégies de sélection et de combinaison de matériaux plus complexes et plus diversifiées. Par exemple, les grosses particules monocristallines -ont une structure bien-avec presque aucun joint de grain défectueux, minimisant la diffusion des phonons et permettant à la chaleur de se transférer sans entrave à travers le réseau cristallin. Un autre exemple est celui des particules polyédriques, qui peuvent réaliser un "contact face à-à-face" entre les plans cristallins, par opposition au "contact point à-à-point" des particules sphériques, augmentant considérablement la zone de transfert de chaleur. De plus, des synergies multi-composants ou multi-morphologies peuvent être utilisées, par exemple en utilisant des flocons ou des tiges (avec des rapports d'aspect élevés) constitués de matériaux identiques ou différents pour construire des réseaux thermiquement conducteurs plus efficaces.