電子設備熱管理

目錄
總序　i
前言　vii
摘要　xi
Abstract　xix
第一章　電子設備熱管理學科的發(fā)展規(guī)律與挑戰(zhàn)　1
第一節(jié)　電子設備熱管理的概念與內(nèi)涵　1
第二節(jié)　電子設備熱管理的發(fā)展規(guī)律和面臨的挑戰(zhàn)　3
一、電子設備熱管理的發(fā)展規(guī)律　3
二、電子設備熱管理面臨的挑戰(zhàn)　7
第三節(jié)　電子設備熱管理的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀　10
一、國際電子設備熱管理的研究現(xiàn)狀　10
二、我國電子設備熱管理的研究現(xiàn)狀　12
本章參考文獻　14
第二章　芯片產(chǎn)熱機理與熱輸運機制　16
第一節(jié)　研究內(nèi)涵　16
第二節(jié)　關鍵科學問題　17
一、納米尺度芯片電-聲耦合產(chǎn)熱機理　19
二、芯片微納尺度熱輸運機制　20
三、芯片電-熱-力協(xié)同效應　23
第三節(jié)　研究動態(tài)　25
一、芯片產(chǎn)熱機理　25
二、芯片熱輸運機制　34
三、芯片電-熱-力耦合效應　45
第四節(jié)　未來發(fā)展趨勢和建議　49
一、寬帶隙半導體技術　49
二、固-固異質界面熱傳輸強化方法　51
三、芯片跨尺度-多場協(xié)同設計方法　52
本章參考文獻　53
第三章　芯片熱管理方法　65
第一節(jié)　概念與內(nèi)涵　65
第二節(jié)　面臨的挑戰(zhàn)和存在的問題　69
一、芯片近結點微通道強化傳熱機理與方法　69
二、芯片熱管理微系統(tǒng)異質封裝與集成技術　71
三、芯片熱管理微系統(tǒng)熱-電-力-流一體化設計方法　73
第三節(jié)　研究動態(tài)　74
一、近結點微通道設計優(yōu)化與強化換熱　74
二、芯片異質封裝鍵合　87
三、芯片熱-電-力一體化協(xié)同設　96
第四節(jié)　未來發(fā)展趨勢和建議　99
一、高導熱、大尺寸基底鍵合與異質界面熱輸運強化方法　99
二、高效低阻近結點微通道結構設計與優(yōu)化方法　99
三、芯片熱管理微系統(tǒng)的高密度異質封裝與集成技術　100
四、芯片熱管理微系統(tǒng)熱-電-力-流一體化設計與評價方法　100
本章參考文獻　101
第四章　熱擴展方法　110
第一節(jié)　概念與內(nèi)涵　110
一、第一代熱擴展材料　112
二、第二代熱擴展材料　114
三、第三代熱擴展材料　123
四、蒸汽腔熱擴展　124
第二節(jié)　面臨的挑戰(zhàn)和存在的問題　129
一、復合熱擴展材料多尺度傳熱模型與界面調(diào)控機理　129
二、低維材料多維導熱通路設計方法與器件一體化　130
三、基于微納復合結構的蒸汽腔相變傳熱強化方法　130
四、面向超薄、柔性電子器件的新型熱擴展方法　131
第三節(jié)　研究動態(tài)　131
一、高導熱復合熱擴展材料的界面調(diào)控　131
二、低維熱擴展材料的可控制備　136
三、基于新型毛細芯設計與微納結構相結合的蒸汽腔技術　138
四、新型蒸汽腔熱擴展方法　143
第四節(jié)　未來發(fā)展趨勢和建議　145
一、高性能熱擴展材料的設計與多維導熱強化方法　145
二、高導熱低維材料的可控生長與器件一體化組裝　146
三、蒸汽腔相變傳熱強化方法與超薄/柔性蒸汽腔熱擴展技術　147
本章參考文獻　148
第五章　界面接觸熱阻與熱界面材料　158
第一節(jié)　概念與內(nèi)涵　158
第二節(jié)　面臨的挑戰(zhàn)和存在的問題　162
一、接觸熱阻產(chǎn)生的微觀機理　162
二、接觸熱阻的高精度表征與測試方法　163
三、聚合物TIM的高效熱通路構建方法　163
四、金屬TIM的兼容性增強方法　166
五、全無機低維TIM的多維結構設計方法　167
第三節(jié)　研究動態(tài)　167
一、接觸熱阻的產(chǎn)生機理及影響規(guī)律　167
二、接觸熱阻的表征與測試法　173
三、聚合物熱界面材料　180
四、金屬TIM　199
五、全無機低維TIM　206
第四節(jié)　未來發(fā)展趨勢和建議　210
一、小界面溫差、低接觸熱阻的高精度表征與測試技術　210
二、導熱高且模量低的TIM　211
三、TIM的老化機理及其壽命評估方法　211
本章參考文獻　212
第六章　高效散熱器　221
第一節(jié)　概念與內(nèi)涵　221
第二節(jié)　面臨的挑戰(zhàn)和存在的問題　223
一、緊湊式風冷散熱器多目標優(yōu)化設計方法　223
二、單相液冷散熱器流阻-熱阻協(xié)同設計　224
三、相變散熱器穩(wěn)定性和臨界熱流密度提升方法　224
第三節(jié)　研究動態(tài)　226
一、風冷散熱器　226
二、單相液冷散熱器　229
三、相變散熱器　233
第四節(jié)　未來發(fā)展趨勢和建議　240
一、風冷散熱器散熱/結構一體化設計方法　240
二、單相液冷散熱器多目標優(yōu)化設計方法　241
三、高熱流密度相變散熱器強化換熱與穩(wěn)定性調(diào)控方法　242
本章參考文獻　244
第七章　電子設備熱設計方法與軟件　250
第一節(jié)　概念與內(nèi)涵　250
一、電子器件與設備熱設計背景　250
二、數(shù)值分析輔助熱設計方法發(fā)展歷程　253
三、多物理場耦合熱設計方法　254
四、微觀尺度熱設計方法　256
五、常用熱分析與設計軟件（專用、通用）　257
第二節(jié)　面臨的挑戰(zhàn)和存在的問題　262
一、多場耦合強非線性問題的收斂性　262
二、跨尺度熱分析計算的信息交互匹配　264
三、多尺度熱分析問題的高計算資源需求　265
第三節(jié)　研究動態(tài)　266
一、強非線性問題的穩(wěn)定方法　266
二、跨尺度熱分析的信息交互匹配方法　269
三、多尺度熱分析問題的計算資源分配　272
第四節(jié)　未來發(fā)展趨勢和建議　274
一、電子設備多層次協(xié)同設計方法　274
二、熱設計軟件模塊化集成和大規(guī)模實際問題的精確求解　276
三、研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的熱分析與熱設計軟件　277
本章參考文獻　278
第八章　電力電子設備熱管理技術　283
第一節(jié)　概念與內(nèi)涵　283
一、電力電子設備的發(fā)展現(xiàn)狀　283
二、電力電子設備的熱特征　286
第二節(jié)　面臨的挑戰(zhàn)和存在的問題　290
一、通用電力電子器件結溫在線測量方法　290
二、非平穩(wěn)工況電力電子器件結溫管理方法　292
三、功率半導體器件封裝熱管理技術　293
第三節(jié)　研究動態(tài)　293
一、基于過溫保護的外部熱管理技術　293
二、功率半導體器件封裝熱管理技術　304
三、基于壽命模型的器件結溫平滑控制技術　308
第四節(jié)　未來發(fā)展趨勢和建議　314
一、非平穩(wěn)工況器件結溫測量方法研究　315
二、基于器件損耗控制的內(nèi)部熱管理策略研究　316
三、應用于碳化硅器件的新型封裝熱管理技術　317
本章參考文獻　318
第九章　數(shù)據(jù)中心熱管理技術　326
第一節(jié)　概念與內(nèi)涵　326
一、數(shù)據(jù)中心的發(fā)展歷程　326
二、數(shù)據(jù)中心的熱管理問題　329
三、數(shù)據(jù)中心的能效評價與節(jié)能　332
第二節(jié)　面臨的挑戰(zhàn)和存在的問題　336
一、大型數(shù)據(jù)中心高效精準化熱管理　337
二、大型數(shù)據(jù)中心低品位廢熱高效利用　340
第三節(jié)　研究動態(tài)　341
一、大型數(shù)據(jù)中心高效熱管理技術　341
二、大型數(shù)據(jù)中心廢熱利用與節(jié)能技術　348
第四節(jié)　未來發(fā)展趨勢和建議　352
一、數(shù)據(jù)中心超前預測與調(diào)控　352
二、100%可再生能源供能——零排放數(shù)據(jù)中心建設　353
本章參考文獻　353
第十章　基于軟件冷卻概念的電子設備熱管理　360
第一節(jié)　概念與內(nèi)涵　360
第二節(jié)　面臨的挑戰(zhàn)和存在的問題　363
一、溫度場高精度感知和重構　363
二、準確的功耗與溫度關聯(lián)模型　364
三、高效任務資源調(diào)度策略　365
第三節(jié)　研究動態(tài)　366
一、片上系統(tǒng)溫度場感知與重構方法　366
二、處理器功耗與溫度分布的匹配關系　367
三、軟件冷卻系統(tǒng)資源調(diào)度策略　369
四、軟件冷卻方法的應用研究　371
第四節(jié)　未來發(fā)展趨勢和建議　372
一、發(fā)展面向多核異構系統(tǒng)的實時動態(tài)調(diào)度方法　372
二、建立任務遷移與任務切換開銷的評估方法與評價準則　373
三、發(fā)展基于熱耗與溫度超前預測的智能化軟件冷卻方法　373
本章參考文獻　374
第十一章　電子設備熱管理學科建設與人才培養(yǎng)　377
第一節(jié)　學科建設與人才培養(yǎng)的必要性　377
一、學科發(fā)展的必然性　377
二、專業(yè)人才的缺乏　378
三、巨大的市場需求　379
第二節(jié)　國外學科建設和人才培養(yǎng)概況　380
一、美國電子設備熱管理的學科建設與人才培養(yǎng)概況　380
二、歐洲電子設備熱管理的學科建設與人才培養(yǎng)概況　384
三、日韓電子設備熱管理的學科建設與人才培養(yǎng)概況　386
第三節(jié)　國內(nèi)學科建設和人才培養(yǎng)概況　388
一、國內(nèi)學科建設和人才培養(yǎng)中存在的問題　388
二、國內(nèi)學科建設和人才培養(yǎng)的對策　390
第十二章　電子設備熱管理技術與學科發(fā)展戰(zhàn)略建議　391
第一節(jié)　電子設備熱管理技術未來發(fā)展趨勢與路線圖　391
一、發(fā)展電子設備產(chǎn)熱-傳熱-散熱全鏈條多層次協(xié)同熱管理方法與理論體系　394
二、發(fā)展面向超高熱流密度芯片近結點定向熱管理方法　394
三、發(fā)展面向大型電子設備和數(shù)據(jù)中心的精準熱管理方法　395
四、發(fā)展基于軟件冷卻概念的智能化熱管理方法　396
五、發(fā)展電子設備能量綜合管理與利用技術　397
第二節(jié)　加強基礎研究和跨學科交叉領域研究　398
第三節(jié)　打造國家*電子設備熱管理研究平臺　399
第四節(jié)　要加大學科投入、重視學科規(guī)劃和加強人才培養(yǎng)　400
第五節(jié)　發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權的熱分析和設計軟件　401
關鍵詞索引　404