來源 | 北大南昌院

[洞見熱管理]獲悉，近日，北京大學(xué)南昌創(chuàng)新研究院（以下簡稱“北大南昌院”）精密增材制造技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室（以下簡稱“聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”）在項(xiàng)目研究中取得突破。北大南昌院基于3D打印技術(shù)研發(fā)的超薄不銹鋼均熱板和超薄柔性均熱板，最大傳熱功率較市場競品提升50%~100%。在微通道散熱技術(shù)領(lǐng)域，聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室采用陶瓷3D打印技術(shù)一體化制備出陶瓷微通道散熱器，其熱阻相較競品降低15%；同時(shí)制備的硅基微通道散熱器，散熱能力提升將近一倍。目前聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室在散熱技術(shù)研究取得的重要突破，能有效解決半導(dǎo)體功率器件封裝存在的熱流密度過大及熱應(yīng)力集中問題，為電子產(chǎn)品的正常運(yùn)行“保駕護(hù)航”，為產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)程注入新的動(dòng)力。

增材制造技術(shù)，又被稱為革命性的3D打印技術(shù)，正持續(xù)不斷地為制造業(yè)領(lǐng)域注入新的活力及無窮的創(chuàng)新潛能。該技術(shù)突破了復(fù)雜三維微米結(jié)構(gòu)的制造瓶頸，以其獨(dú)特的一體化成型優(yōu)勢、高效的加工速度及較低的制作成本，深入到航空航天、醫(yī)療植入、汽車制造及消費(fèi)品生產(chǎn)等多個(gè)行業(yè)。

在5G通信技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代背景下，電子設(shè)備向智能化、輕薄化、多功能化及可折疊化方向發(fā)展，其高熱流密度散熱是個(gè)亟待解決的問題。北京大學(xué)南昌創(chuàng)新研究院聯(lián)合重慶摩方精密科技股份有限公司以及江西銅業(yè)研究院成立“精密增材制造技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”，采用高精度3D打印技術(shù)，致力于極端環(huán)境下的熱管理技術(shù)及高性能散熱器的研究開發(fā)。

目前聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室配備了世界上最先進(jìn)的高精密 光固化3D打印設(shè)備，如圖1所示，其中microArch S230/S240打印設(shè)備均采用PμSL（面投影微立體光刻）技術(shù)，可分別實(shí)現(xiàn)2μm/10μm的高精度微尺度3D打印。同時(shí)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室正開展高性能超薄均熱板、超薄柔性均熱板、陶瓷微通道散熱器、硅基微通道散熱器、硅基均熱板及陶瓷均熱板的研制，產(chǎn)品可廣泛運(yùn)用于5G微型基站、便攜式移動(dòng)設(shè)備及相控雷達(dá)等領(lǐng)域。除此之外，聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室還在積極探索利用3D打印技術(shù)研制微流控芯片，以實(shí)現(xiàn)高均一性、高通量載藥微球的制備。

圖1 超高精密3D打印機(jī)

均熱板在電子設(shè)備，如數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、高性能計(jì)算系統(tǒng)、電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)及5G智能手機(jī)等，應(yīng)用前景非常廣闊。超薄/柔性均熱板具有超薄、柔性及高效散熱的特點(diǎn)，在國內(nèi)智能手機(jī)領(lǐng)域有43億元市場規(guī)模。

目前聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室正致力于高性能超薄/柔性均熱板技術(shù)創(chuàng)新性研發(fā)，追求打造更薄、更輕且傳熱性能更好的產(chǎn)品，如圖2-3所示。

圖2 超薄均熱板

圖3 超薄柔性均熱板

同時(shí)也正在積極研制硅基及陶瓷均熱板，如圖4所示，旨在擴(kuò)展均熱板產(chǎn)品系列，以滿足多樣化的市場需求。 研發(fā)團(tuán)隊(duì)采用了先進(jìn)的3D打印技術(shù)，精確控制吸液芯與支撐柱多孔管芯結(jié)構(gòu)的一體成型。 這種創(chuàng)新設(shè)計(jì)確保了吸液芯的卓越散熱效果，能大幅度提升了產(chǎn)品的散熱性能。 同時(shí)還引入了表面金屬化處理，不僅確保產(chǎn)品具有出色的穩(wěn)定性，還賦予了產(chǎn)品抗老化、耐腐蝕等顯著特點(diǎn)。 通過這一系列的技術(shù)革新及設(shè)計(jì)優(yōu)化，聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室致力于引領(lǐng)行業(yè)潮流，為客戶提供更優(yōu)質(zhì)、更前沿的產(chǎn)品和服務(wù)。

圖4  硅基均熱板和陶瓷均熱板

微通道散熱器因其卓越的熱管理性能，在相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，尤其在軍事、航空和航天領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院的報(bào)告預(yù)測，該市場規(guī)模有望在2025年增長到67億元人民幣。目前聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室正研制的微通道散熱器，如圖5所示，基底采用易與芯片集成的硅片與陶瓷材料，具備高效散熱、制備工藝簡單、低流動(dòng)阻力、流量分配均勻及耐腐蝕等特點(diǎn)。所研制的微通道散熱器，針對高功率密度電子設(shè)備日益增長的散熱需求，能有效解決芯片封裝時(shí)由于溫度差導(dǎo)致芯片脫焊、熱應(yīng)力集中等問題，為電子設(shè)備和系統(tǒng)提供持久穩(wěn)定的散熱保障。

圖5 陶瓷微通道散熱器和硅基微通道散熱器

微流控芯片技術(shù)通過在微小尺度上精確控制流體流動(dòng)，為醫(yī)學(xué)、化學(xué)及生物學(xué)等領(lǐng)域的研究應(yīng)用提供了強(qiáng)大的支持，預(yù)計(jì)市場規(guī)模(2024)達(dá)79.5億美元。目前聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的微流控制備微球技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多流道的集成與一體化成型，如圖6所示，流道結(jié)構(gòu)精細(xì)且獨(dú)特，最小流道寬度達(dá)到了驚人的30μm。同時(shí)可實(shí)現(xiàn)微流控芯片批量化及定制化生產(chǎn)，能顯著降低微球制備的成本并提高微球的生產(chǎn)效率。

圖6 3D打印微流控

"第二屆熱管理材料技術(shù)博覽會(huì)”（iTherMEXPO2024）將于2024年11月6-8日在深圳國際會(huì)展中心7號館舉辦，將高效呈現(xiàn)熱管理產(chǎn)業(yè)鏈的一站式價(jià)值對接平臺(tái)，以滿足和促進(jìn)熱管理行業(yè)各單位交流、合作和共贏發(fā)展。創(chuàng)新型的材料、儀器、設(shè)備、設(shè)計(jì)與仿真、解決方案、應(yīng)用場景、專利技術(shù)等薈聚鏈接和呈現(xiàn)將是博覽會(huì)的重要組成部分；熱管理領(lǐng)域科學(xué)、材料、技術(shù)和工程等相關(guān)專題論壇、圓桌/閉門、專家問診、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目展示、新品發(fā)布、需求對接等活動(dòng)也將精彩同期呈現(xiàn)，特別是科研單位創(chuàng)新性的技術(shù)和成果也將獲得從實(shí)驗(yàn)室對接轉(zhuǎn)移到市場的機(jī)會(huì)。