電子設(shè)備熱管理

目錄
總序　i
前言　vii
摘要　xi
Abstract　xix
第一章　電子設(shè)備熱管理學(xué)科的發(fā)展規(guī)律與挑戰(zhàn)　1
第一節(jié)　電子設(shè)備熱管理的概念與內(nèi)涵　1
第二節(jié)　電子設(shè)備熱管理的發(fā)展規(guī)律和面臨的挑戰(zhàn)　3
一、電子設(shè)備熱管理的發(fā)展規(guī)律　3
二、電子設(shè)備熱管理面臨的挑戰(zhàn)　7
第三節(jié)　電子設(shè)備熱管理的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀　10
一、國際電子設(shè)備熱管理的研究現(xiàn)狀　10
二、我國電子設(shè)備熱管理的研究現(xiàn)狀　12
本章參考文獻(xiàn)　14
第二章　芯片產(chǎn)熱機(jī)理與熱輸運(yùn)機(jī)制　16
第一節(jié)　研究內(nèi)涵　16
第二節(jié)　關(guān)鍵科學(xué)問題　17
一、納米尺度芯片電-聲耦合產(chǎn)熱機(jī)理　19
二、芯片微納尺度熱輸運(yùn)機(jī)制　20
三、芯片電-熱-力協(xié)同效應(yīng)　23
第三節(jié)　研究動態(tài)　25
一、芯片產(chǎn)熱機(jī)理　25
二、芯片熱輸運(yùn)機(jī)制　34
三、芯片電-熱-力耦合效應(yīng)　45
第四節(jié)　未來發(fā)展趨勢和建議　49
一、寬帶隙半導(dǎo)體技術(shù)　49
二、固-固異質(zhì)界面熱傳輸強(qiáng)化方法　51
三、芯片跨尺度-多場協(xié)同設(shè)計方法　52
本章參考文獻(xiàn)　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(jié)點微通道強(qiáng)化傳熱機(jī)理與方法　69
二、芯片熱管理微系統(tǒng)異質(zhì)封裝與集成技術(shù)　71
三、芯片熱管理微系統(tǒng)熱-電-力-流一體化設(shè)計方法　73
第三節(jié)　研究動態(tài)　74
一、近結(jié)點微通道設(shè)計優(yōu)化與強(qiáng)化換熱　74
二、芯片異質(zhì)封裝鍵合　87
三、芯片熱-電-力一體化協(xié)同設(shè)　96
第四節(jié)　未來發(fā)展趨勢和建議　99
一、高導(dǎo)熱、大尺寸基底鍵合與異質(zhì)界面熱輸運(yùn)強(qiáng)化方法　99
二、高效低阻近結(jié)點微通道結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化方法　99
三、芯片熱管理微系統(tǒng)的高密度異質(zhì)封裝與集成技術(shù)　100
四、芯片熱管理微系統(tǒng)熱-電-力-流一體化設(shè)計與評價方法　100
本章參考文獻(xiàn)　101
第四章　熱擴(kuò)展方法　110
第一節(jié)　概念與內(nèi)涵　110
一、第一代熱擴(kuò)展材料　112
二、第二代熱擴(kuò)展材料　114
三、第三代熱擴(kuò)展材料　123
四、蒸汽腔熱擴(kuò)展　124
第二節(jié)　面臨的挑戰(zhàn)和存在的問題　129
一、復(fù)合熱擴(kuò)展材料多尺度傳熱模型與界面調(diào)控機(jī)理　129
二、低維材料多維導(dǎo)熱通路設(shè)計方法與器件一體化　130
三、基于微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的蒸汽腔相變傳熱強(qiáng)化方法　130
四、面向超薄、柔性電子器件的新型熱擴(kuò)展方法　131
第三節(jié)　研究動態(tài)　131
一、高導(dǎo)熱復(fù)合熱擴(kuò)展材料的界面調(diào)控　131
二、低維熱擴(kuò)展材料的可控制備　136
三、基于新型毛細(xì)芯設(shè)計與微納結(jié)構(gòu)相結(jié)合的蒸汽腔技術(shù)　138
四、新型蒸汽腔熱擴(kuò)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(kuò)展材料的設(shè)計與多維導(dǎo)熱強(qiáng)化方法　145
二、高導(dǎo)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(qiáng)化方法與超薄/柔性蒸汽腔熱擴(kuò)展技術(shù)　147
本章參考文獻(xiàn)　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(jī)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(gòu)建方法　163
四、金屬TIM的兼容性增強(qiáng)方法　166
五、全無機(jī)低維TIM的多維結(jié)構(gòu)設(shè)計方法　167
第三節(jié)　研究動態(tài)　167
一、接觸熱阻的產(chǎn)生機(jī)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(jī)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(shù)　210
二、導(dǎo)熱高且模量低的TIM　211
三、TIM的老化機(jī)理及其壽命評估方法　211
本章參考文獻(xiàn)　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(fēng)冷散熱器多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計方法　223
二、單相液冷散熱器流阻-熱阻協(xié)同設(shè)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(fēng)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(fēng)冷散熱器散熱/結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計方法　240
二、單相液冷散熱器多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計方法　241
三、高熱流密度相變散熱器強(qiáng)化換熱與穩(wěn)定性調(diào)控方法　242
本章參考文獻(xiàn)　244
第七章　電子設(shè)備熱設(shè)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(shè)備熱設(shè)計背景　250
二、數(shù)值分析輔助熱設(shè)計方法發(fā)展歷程　253
三、多物理場耦合熱設(shè)計方法　254
四、微觀尺度熱設(shè)計方法　256
五、常用熱分析與設(shè)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(qiáng)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(qiáng)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(shè)備多層次協(xié)同設(shè)計方法　274
二、熱設(shè)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(quán)的熱分析與熱設(shè)計軟件　277
本章參考文獻(xiàn)　278
第八章　電力電子設(shè)備熱管理技術(shù)　283
第一節(jié)　概念與內(nèi)涵　283
一、電力電子設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀　283
二、電力電子設(shè)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(jié)溫在線測量方法　290
二、非平穩(wěn)工況電力電子器件結(jié)溫管理方法　292
三、功率半導(dǎo)體器件封裝熱管理技術(shù)　293
第三節(jié)　研究動態(tài)　293
一、基于過溫保護(hù)的外部熱管理技術(shù)　293
二、功率半導(dǎo)體器件封裝熱管理技術(shù)　304
三、基于壽命模型的器件結(jié)溫平滑控制技術(shù)　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(jié)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(yīng)用于碳化硅器件的新型封裝熱管理技術(shù)　317
本章參考文獻(xiàn)　318
第九章　數(shù)據(jù)中心熱管理技術(shù)　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(zhǔn)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(shù)　341
二、大型數(shù)據(jù)中心廢熱利用與節(jié)能技術(shù)　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(yù)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(shè)　353
本章參考文獻(xiàn)　353
第十章　基于軟件冷卻概念的電子設(shè)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(gòu)　363
二、準(zhǔn)確的功耗與溫度關(guān)聯(lián)模型　364
三、高效任務(wù)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(gòu)方法　366
二、處理器功耗與溫度分布的匹配關(guān)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(yīng)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(gòu)系統(tǒng)的實時動態(tài)調(diào)度方法　372
二、建立任務(wù)遷移與任務(wù)切換開銷的評估方法與評價準(zhǔn)則　373
三、發(fā)展基于熱耗與溫度超前預(yù)測的智能化軟件冷卻方法　373
本章參考文獻(xiàn)　374
第十一章　電子設(shè)備熱管理學(xué)科建設(shè)與人才培養(yǎng)　377
第一節(jié)　學(xué)科建設(shè)與人才培養(yǎng)的必要性　377
一、學(xué)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(xué)科建設(shè)和人才培養(yǎng)概況　380
一、美國電子設(shè)備熱管理的學(xué)科建設(shè)與人才培養(yǎng)概況　380
二、歐洲電子設(shè)備熱管理的學(xué)科建設(shè)與人才培養(yǎng)概況　384
三、日韓電子設(shè)備熱管理的學(xué)科建設(shè)與人才培養(yǎng)概況　386
第三節(jié)　國內(nèi)學(xué)科建設(shè)和人才培養(yǎng)概況　388
一、國內(nèi)學(xué)科建設(shè)和人才培養(yǎng)中存在的問題　388
二、國內(nèi)學(xué)科建設(shè)和人才培養(yǎng)的對策　390
第十二章　電子設(shè)備熱管理技術(shù)與學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略建議　391
第一節(jié)　電子設(shè)備熱管理技術(shù)未來發(fā)展趨勢與路線圖　391
一、發(fā)展電子設(shè)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(jié)點定向熱管理方法　394
三、發(fā)展面向大型電子設(shè)備和數(shù)據(jù)中心的精準(zhǔn)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(shè)備能量綜合管理與利用技術(shù)　397
第二節(jié)　加強(qiáng)基礎(chǔ)研究和跨學(xué)科交叉領(lǐng)域研究　398
第三節(jié)　打造國家*電子設(shè)備熱管理研究平臺　399
第四節(jié)　要加大學(xué)科投入、重視學(xué)科規(guī)劃和加強(qiáng)人才培養(yǎng)　400
第五節(jié)　發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的熱分析和設(shè)計軟件　401
關(guān)鍵詞索引　404