高功率電子設備
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
高功率電子設備的實例教程
南極熊獲悉，日本科學計量系統制造商JEOL已于2021年3月發布電子束金屬AM打印機——JAM-5200EBM。公司利用世界上性能最高的電子顯微鏡和用于半導體制造的電子束光刻技術，開發了具有更高功率、更高密度和更高速度的“電子束金屬增材制造機器”。此外，由于使用的陰極材料壽命較長且不含氦氣，從而降低了成本，可以大批量生產高質量零件。公司期望這款機器能夠在航空航天、工業動力和醫療等高質量要求的領域中使用。
△JAM-5200EBM
機器特點：
1. 陰極壽命長：陰極可持續使用超過1500小時，大大減少停機時間，并提高生產率。
△利用原始真空技術和長壽命陰極延長儀器使用時間。
2. 無需氦氣：機器不需要使用氦氣來防止粉末飛散。JEOL配備了粉末分散預防系統“e-Shield”避免散射現象。由于沒有氦氣，不僅可以低成本制造零件，而且陰極表面也不容易受到損壞，從而使電子束保持穩定，并能夠保持制造質量直到陰極壽命的盡頭。
△無氦和粉末防擴散系統
3. 自動電子束調整功能：利用電子顯微鏡和電子束光刻系統中開發的半導體制造技術使機器能夠自動調整電子束的聚焦和畸變，實現高質量和可重復性制造。
△自動電子束校正
4. 遠程監控系統：可實時遠程監控檢查制造和系統的狀態。
E-PBF是JEOL的新產品部門，公司在電子顯微鏡以及其他科學、工業和醫療設備的收入在2015年達到了約1,073億日元（9.52億美元）。現在公司正在擴張業務，努力進軍增材制造市場。南極熊全球3D打印產品庫https://product.nanjixiong.com/已經收錄了這款3D打印機，歡迎咨詢。
展開 CINNO于2012年底創立于上海，是致力于推動國內電子信息與科技產業發展的國內獨立第三方專業產業咨詢服務平臺。公司創辦十年來，始終圍繞泛半導體產業鏈，在多維度為企業、政府、投資者提供權威而專業的咨詢服務，包括但不限于產業資訊、市場咨詢、盡職調查、項目可研、管理咨詢、投融資等方面，覆蓋企業成長周期各階段核心利益訴求點，在顯示、半導體、消費電子、智能制造及關鍵零組件等細分領域，積累了數百家大陸、臺灣、日本、韓國、歐美等高科技核心優質企業客戶。
來源 | Advanced Functional Material
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背景介紹
隨著高度集成的電子器件的出現，巨大的功耗產生了過多的熱量導致電子設備的熱失效。因此，電子器件中的熱管理對于提高器件耐用性具有重要意義。傳統的電子器件熱管理解決方案采用了散熱器和熱界面材料(TIM)，散熱器由高導熱金屬如銅或鋁基材料組成。雖然散熱器有高導熱系數，但是由于界面熱阻的問題導致傳熱效率低下。此外，近年來10nm級高集成電子器件的發展，TIM在封裝高集成電子芯片或異構集成中的熱管理作用至關重要。此外，隨著可穿戴式、可折疊式、可卷曲式等各種外形設備的發展，對在機械應力下具有高散熱性能的TIM的需求也在增加。
為了應對這些挑戰，聚合物基復合材料已經投入了大量的精力。傳統的復合材料是將導熱填料如氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氧化鋅或銅分散在聚合物基體中制備的，這些復合材料的導熱系數達到7 W/mK。然而，油脂類材料和低導熱系數的問題嚴重限制了它們在高功率電子設備中的熱管理。液態金屬導熱系數達到30 W/mK，并且通過表面改性方法與聚合物具有良好的可加工性，液態金屬基聚合物復合材料在可穿戴類電子的熱管理的應用中顯示出巨大的潛力。
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成果掠影
近期，新加坡南洋理工大學Pooi See Lee團隊針對電子設備的熱失效問題開發出了具有優異熱管理性能的復合材料。該文介紹了一種用于熱管理的可印刷、導熱和機械穩定的復合油墨的策略。該文報道了EGaIn納米顆粒修飾銀片/聚乙烯醇(PVB)復合油墨的熱管理應用。采用電替換的方法實現了EGaIn納米顆粒在銀片上的修飾。
展開 平流層電子設備的散熱問題關系到高功率密度電子設備在平流層飛行器上的應用與安全運行。
（1）太陽輻射、風速以及電子設備自身功率對電子設備的溫度特征具有重要的影響。在一天24 h 中,電子設備溫度發生規律性變化。在白天,電子設備溫度先上升,中午12:00 達最大,然后下降,夜晚基本維持穩定。不同風速下,電子設備各元件的溫度分布規律相同,溫度隨風速增大而降低,風速越大,降幅越小。
（2）平流層20 km 處,強迫對流和輻射都會影響電子設備的散熱,風速為3 m/ s 時,電子設備對流散熱量占51.8%,風速為15 m/ s 時,對流散熱量占87.9%,在進行熱設計時需要綜合考慮這兩個因素的影響。
（3）對于平流層電子設備而言,強迫對流和輻射兩種散熱模式都會影響電子設備的溫度,且對流散熱是主要因素。
展開 通過利用工作流體（如氟化電子液體）沸騰的液體-蒸汽潛熱交換實現的相變冷卻，有利于將來大量技術或應用中的高功率密度電子設備的熱管理，在包括5G、云計算、大數據、區塊鏈、人工智能等領域具有巨大的潛力。然而，沸騰傳熱作為一種動態的界面現象，對其包括液體再濕潤和蒸汽離開等過程和機制的深入理解仍然具有挑戰性。
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成果掠影
中國科學院理化技術研究所江雷院士、田野副研究員等人設計了一種含有周期性微槽/金字塔陣列的微/納米結構銅表面，其上有機冷卻劑的超擴散行為（<134.1 ms）極大地促進了液體再濕潤過程，從而產生特化的、超快的射流沸騰現象，同時使臨界熱通量和傳熱系數分別提高了80%和608%。對噴射流沸騰微氣泡的成核、生長和分離行為的原位觀察表明，帶有納米皺紋的微型溝槽/金字塔通過超擴散誘導的超快液體再濕潤和持續蒸汽膜凝聚促進了潛熱交換過程。最后通過對超擴散微/納米結構的優化，以超低電力使用效率（PUE<1.04）實現了高性能相變冷卻在超級計算機中心CPU芯片熱管理中的應用。該研究以題為“Liquid Super-Spreading Boosted High-Performance Jet-Flow Boiling for Enhancement of Phase-Change Cooling”的論文發表在《Advanced Materials》上。
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圖文導讀
圖1 在微/納米結構Cu表面上由超擴散促進的射流沸騰現象。
圖2 表面上不同金字塔高度的射流沸騰換熱性能。
圖3 超擴散促進的微型射流沸騰氣泡成核、生長和分離。
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所研制的微通道散熱器，針對高功率密度電子設備日益增長的散熱需求，能有效解決芯片封裝時由于溫度差導致芯片脫焊、熱應力集中等問題，為電子設備和系統提供持久穩定的散熱保障。
圖5 陶瓷微通道散熱器和硅基微通道散熱器
微流控芯片技術通過在微小尺度上精確控制流體流動，為醫學、化學及生物學等領域的研究應用提供了強大的支持，預計市場規模(2024)達79.5億美元。
然而，油脂類材料和低導熱系數的問題嚴重限制了它們在高功率電子設備中的熱管理。液態金屬導熱系數達到30 W/mK，并且通過表面改性方法與聚合物具有良好的可加工性，液態金屬基聚合物復合材料在可穿戴類電子的熱管理的應用中顯示出巨大的潛力。
但PI膜的本征導熱系數（λ）較低，無法滿足當下及未來高功率電子電氣設備快速高效的導熱/散熱需求。在研究前期，研究團隊通過調控醚鍵含量以及優化匹配熱致型液晶聚酰亞胺預聚膜（preLC-PI）的液晶區間與固化溫度制備出一種本征高導熱液晶聚酰亞胺（LC-PI）膜，其室溫下本征面內λ（λ∥）與面間λ（λ⊥）分別達到2.11 W/(m·K)和0.32W/(m·K)，且兼具優異的力學性能和耐熱性能。
通過利用工作流體（如氟化電子液體）沸騰的液體-蒸汽潛熱交換實現的相變冷卻，有利于將來大量技術或應用中的高功率密度電子設備的熱管理，在包括5G、云計算、大數據、區塊鏈、人工智能等領域具有巨大的潛力。然而，沸騰傳熱作為一種動態的界面現象，對其包括液體再濕潤和蒸汽離開等過程和機制的深入理解仍然具有挑戰性。
CINNO
導讀：金屬增材制造市場正在進行翻天覆地的變化，新機器、新材料、新技術層出不窮。為了更好地贏得市場，各公司紛紛為金屬3D打印機配備更多的科技模塊來延長儀器的使用時間，提高生產效率。
南極熊獲悉，日本科學計量系統制造商JEOL已于2021年3月發布電子束金屬AM打印機——JAM-5200EBM。公司利用世界上性能最高的電子顯微鏡和用于半導體制造的電子束光刻技術，開發了具有更高功率、更高密度和更高速度的
平流層電子設備的散熱問題關系到高功率密度電子設備在平流層飛行器上的應用與安全運行。
（1）太陽輻射、風速以及電子設備自身功率對電子設備的溫度特征具有重要的影響。在一天24 h 中,電子設備溫度發生規律性變化。在白天,電子設備溫度先上升,中午12:00 達最大,然后下降,夜晚基本維持穩定。不同風速下,電子設備各元件的溫度分布規律相同,溫度隨風速增大而降低,風速越大,降幅越小。
由于水的熱傳導系數是空氣的24倍，比熱容是空氣的4倍，另外水冷系統噪聲比風冷低很多，系統安全穩定，所以水冷技術在較高功率密度的電力電子設備中被廣泛應用。
簡單的水冷系統由水泵、冷頭、冷排、水箱、管路和接頭組成。
水泵：推動冷卻液循環往復，水泵多采用無刷電機的磁力泵設計。為了縮小整體體積，水泵和水箱的集成成為一種趨勢。
在電源器件中證明了納米復合薄膜的強大熱管理能力，這表明了管理高功率密度電子設備的熱平面內高導熱性的重要性。
