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背景介紹

功率密度的提高和電子器件小型化的趨勢導致集成電路（ICs）的功耗和熱流密度的增加。這種激增會影響IC的性能、可靠性和使用壽命，對其操作完整性構成嚴重威脅。因此，集成電路向更小型化、增強集成度、降低能耗和提高性能的發展受到現有熱管理技術效率低下的嚴重阻礙。傳統的冷卻解決方案，如空氣冷卻、液體冷卻和散熱器涂層，盡管在早期的IC技術中提供了熱緩解，但由于其高成本、低導熱效率、熱膨脹問題以及對環境的影響，現在已經不足。這些挑戰強調了對更有效的熱管理解決方案的迫切需要，以支持集成電路的未來發展。

新興的熱管理技術，包括微通道冷卻、熱電冷卻、先進的熱界面材料、壓電泵驅動的微流體冷卻和三維集成封裝冷卻，為解決集成電路發展中的熱瓶頸提供了有前途的途徑。

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成果掠影

近日，中國科學院金屬研究所孫東明團隊發文首先回顧和總結了集成電路熱管理的基本理論和傳統技術，然后詳細介紹了近年來出現的熱管理新技術。在此基礎上，提出了傳統技術與創新技術相結合的熱管理策略。通過理論分析和實驗驗證，對該策略的性能進行了綜合評價。通過多維度的比較，它闡明了新的熱管理解決方案在滿足集成電路不斷發展的需求方面的優越功效。此外，它還深入探討了未來的研究方向，并闡明了該領域面臨的主要挑戰。研究成果以“Research on Novel Thermal ManagementTechnology in the Field of Integrated Circuits”為題發表在《IEEE》期刊。

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圖文導讀

圖1.氮化鎵器件在砷化硼冷卻基底上的深電位多尺度模擬；b不確定性下的流形微通道散熱器優化設計；c一種用于電子元件高熱流密度兩相冷卻的層次化流形微通道散熱陣列；d多元微通道內單相流動和傳熱的“2.5-D”建模方法。

圖2.a 4.8 × 2.5 cm2 70μm厚焊點涂覆cu平面散熱器照片b制備的層狀細胞和局部閉孔結構氣凝膠（lca）作為隔熱材料的模擬及與其他氣凝膠材料的綜合性能比較b c共同設計的微流體冷卻電子器件示意圖b b d EC片上冷水機及其工作原理圖和快照。

圖3.a . VSCG網絡的結構設計概念，b . VSCG/PDMS復合材料的合成路線；c .液滴狀和多孔狀Ga/PDMS復合材料的概念原理圖。

圖4. Mishra等采用的熱分析方法。

圖5.傳統方法與創新技術相結合的多維熱管理策略流程圖。