Anh em đã biết rằng thiết bị điện tử khi hoạt động sẽ nóng lên, phần nhiệt lượng này cần được giải tỏa vào môi trường càng nhanh càng tốt. Giải pháp hiện tại sử dụng các khối tản nhiệt chiếm nhiều không gian nhưng hiệu quả làm mát chưa tối ưu, và công nghệ lớp phủ mới sẽ là lời giải tốt nhất cho bài toán này.
Nhóm các nhà khoa học tại UIUC (University of Illinois Urbana-Champaign) và UC (University of California) Berkeley đã công bố tài liệu về công nghệ lớp phủ tản nhiệt mới trên Nature Electronics, mang lại nhiều lợi ích khi so với tản nhiệt truyền thống, từ hiệu quả làm mát tốt hơn nhiều đến ít chiếm diện tích hơn. Theo Tarek Gebrael – tác giả chính và cũng là sinh viên có học vị Tiến sĩ chuyên ngành cơ khí tại UIUC – các giải pháp tản nhiệt hiện nay tồn tại 3 khuyết điểm. Đầu tiên, chúng có giá thành đắt và khó mở rộng, đặc biệt là ở cấp độ chip, những khối tản nhiệt (heat spreader) đôi khi có chứa kim cương, không hề rẻ chút nào.
Heat speader và heat sink
Thứ hai, các phương pháp tản nhiệt thông thường cần sử dụng heat spreader (khối tản nhiệt đặc, thường với mục đích tăng diện tích tiếp xúc không khí, không quạt, không lá tản nhiệt) và heat sink (dạng tản nhiệt thường thấy trong máy tính, với khối kim loại gồm nhiều lá mỏng, có quạt) đặt bên trên thiết bị điện tử để dẫn nhiệt hướng lên. Trong nhiều trường hợp, nhiệt lượng được tạo ra bên dưới thiết bị điện tử thay vì phía trên, do đó phương pháp dùng heat spreader/sink không hiệu quả.
Nhóm các nhà khoa học tại UIUC (University of Illinois Urbana-Champaign) và UC (University of California) Berkeley đã công bố tài liệu về công nghệ lớp phủ tản nhiệt mới trên Nature Electronics, mang lại nhiều lợi ích khi so với tản nhiệt truyền thống, từ hiệu quả làm mát tốt hơn nhiều đến ít chiếm diện tích hơn. Theo Tarek Gebrael – tác giả chính và cũng là sinh viên có học vị Tiến sĩ chuyên ngành cơ khí tại UIUC – các giải pháp tản nhiệt hiện nay tồn tại 3 khuyết điểm. Đầu tiên, chúng có giá thành đắt và khó mở rộng, đặc biệt là ở cấp độ chip, những khối tản nhiệt (heat spreader) đôi khi có chứa kim cương, không hề rẻ chút nào.
Heat speader và heat sink
Thứ hai, các phương pháp tản nhiệt thông thường cần sử dụng heat spreader (khối tản nhiệt đặc, thường với mục đích tăng diện tích tiếp xúc không khí, không quạt, không lá tản nhiệt) và heat sink (dạng tản nhiệt thường thấy trong máy tính, với khối kim loại gồm nhiều lá mỏng, có quạt) đặt bên trên thiết bị điện tử để dẫn nhiệt hướng lên. Trong nhiều trường hợp, nhiệt lượng được tạo ra bên dưới thiết bị điện tử thay vì phía trên, do đó phương pháp dùng heat spreader/sink không hiệu quả.
Thứ ba, các khối tản nhiệt không thể đặt tiếp xúc với bề mặt của thiết bị điện tử mà thiếu đi kem tản nhiệt – TIM – dùng để lấp đầy các khoảng hở không khí giúp truyền nhiệt hiệu quả hơn. Dù vậy, TIM cũng không có khả năng dẫn nhiệt tốt như kim loại, vì vậy cũng hạn chế hiệu suất làm mát.
Kem tản nhiệt cho CPU, GPU: Liquid Metal hay Thermal Paste?
Kem tản nhiệt là thứ không thể thiếu trong quá trình lắp ráp hệ thống máy tính, đồng thời cũng là 1 lựa chọn để cải thiện hiệu quả tản nhiệt cho các thành phần khác (card đồ họa chẳng hạn). Thị trường có rất nhiều thương hiệu và sản phẩm kem tản…
tinhte.vn
Giải pháp mới nhất từ các nhà khoa học sẽ giải quyết gọn gàng cả 3 vấn đề trên, từ giá thành rẻ cho đến hiệu năng tản nhiệt cải thiện rất nhiều. Với vật liệu chính từ đồng – kim loại không quá đắt – họ tạo thành 1 lớp phủ trên toàn bộ mặt trên, cạnh bên, nói chung là bất cứ bề mặt nào của thiết bị điện tử có khả năng tiếp xúc với không khí. Chính điều này giúp tối ưu diện tích làm mát, đồng thời cho dù nhiệt có sinh ra ở đâu đi nữa thì cũng có thể được giải quyết hiệu quả.
Khi nghiên cứu, các nhà khoa học so sánh phương pháp phủ tản nhiệt so với cách truyền thống, và kết quả cho thấy hiệu năng làm mát ngang ngửa hoặc thậm chí tốt hơn. Điểm đáng chú ý là phần không gian bị chiếm dụng rất nhỏ so với khối tản nhiệt quen thuộc, từ đó dẫn đến công suất tản nhiệt cao hơn khi so cùng 1 đơn vị thể tích, cụ thể hơn là 740% tăng thêm, hay mát hơn 7.4 lần. Điều này đồng nghĩa với việc nếu 1 thiết bị điện tử có thể đạt đến mức hiệu năng cao hơn 7.4 lần khi sử dụng lớp phủ mới với phần thể tích chiếm dụng tương đương khi sử dụng heat spreader/sink.
Đầu tiên các nhà khoa học phủ 1 lớp cách điện poly (2-chloro-p-xylylene) (parylene C) và tiếp theo là lớp phủ bằng đồng. Sự kết hợp này cho phép lớp đồng ở rất gần với những phần tử tạo ra nhiệt khi hoạt động, không cần đến TIM nhưng cải thiện công suất làm mát. Nếu anh em chưa biết thì kỹ thuật này được gọi là conformal coating – lớp phủ phù hợp – thường dùng cho mạch in (PCB), phủ lên 1 lớp vật liệu siêu mỏng (có thể là keo UV, acrylate, silicone, epoxy, polyurethanes hay polymer) nhằm bảo vệ mạch khỏi bị tác động môi trường, cải thiện tính điện môi của mạch, giúp gia tăng khả năng chịu điện áp giữa các tụ điện trong mạch, tránh bị ăn mòn và siết các linh kiện điện tử lại gần nhau hơn.
PCB đã được áp dụng kỹ thuật conformal coating
Hiện tại người ta vẫn đang kiểm chứng thêm về độ tin cậy và độ bền của lớp phủ – yếu tố rất quan trọng để có được sự chấp nhận sử dụng trong ngành công nghiệp. Lớp phủ có thể được sử dụng trong cả môi trường không khí và nước – đặc biệt với những ứng dụng buộc phải ngâm thiết bị trong chất lỏng. Nhóm nghiên cứu đang thử nghiệm độ tin cậy khi sử dụng trong nước sôi, chất điện môi sôi và môi trường điện áp cao. Tiếp theo đó, họ có kế hoạch ứng dụng lớp phủ này cho các module nguồn và card đồ họa, mặc dù hiện tại chỉ mới thử với các bo mạch đơn giản.
Quảng cáo
Nếu lớp phủ này thành công về mặt hiệu năng và độ tin cậy, nó có thể thay thế hoàn toàn các khối tản nhiệt thông thường ngay cả khi ứng dụng trong ngành máy tính, mở ra nhiều sáng tạo cho những hệ thống gọn hơn, mát hơn. Anh em có thể hiểu đơn giản là thay vì chỉ tản nhiệt ở đúng 1 vị trí có thành phần linh kiện nóng nhất, thì giờ đây chúng ta có cả 1 bảng mạch lớn hơn, diện tích rộng hơn để tản nhiệt đều hơn. Cũng có thể hiểu như là các nhà khoa học đang cố gắng tạo ra 1 lớp IHS siêu mỏng trên toàn bộ bề mặt PCB, có thể rất hữu dụng đối với những thành phần như RAM, chip nhớ SSD, VRM...
System-on-Module
Dù vậy, khuyết điểm của công nghệ này theo mình là khó/không thể sửa chữa được, trước mắt nó sẽ dễ dàng ứng dụng cho những PCB System-on-Module (SoM) thường gồm 1 SoC với vài linh kiện hỗ trợ. Nếu SoM hỏng, chúng ta chỉ việc bỏ đi và thay mới do đặc tính của chúng là không đủ điều kiện để sửa chữa ngoài khu vực nhà máy sản xuất. Còn lại những bo mạch cỡ lớn với thiết kế nhiều linh kiện tháo lắp, chúng thường đã có không gian đủ cho việc sử dụng tản nhiệt thông thường rồi. Tuy nhiên khoa học mà, ai biết được tương lai sẽ như thế nào?
