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中國學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略(電子設(shè)備熱管理)/學(xué)術(shù)引領(lǐng)系列/國家科學(xué)思想庫
包郵 中國學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略(電子設(shè)備熱管理)/學(xué)術(shù)引領(lǐng)系列/國家科學(xué)思想庫
作者：中國科學(xué)院
開本：
16開
頁數(shù)：
405
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中國學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略(電子設(shè)備熱管理)/學(xué)術(shù)引領(lǐng)系列/國家科學(xué)思想庫 版權(quán)信息
- ISBN：9787030724724
- 條形碼：9787030724724 ; 978-7-03-072472-4
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊(cè)數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
中國學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略(電子設(shè)備熱管理)/學(xué)術(shù)引領(lǐng)系列/國家科學(xué)思想庫 內(nèi)容簡介
本書從電子設(shè)備熱管理學(xué)科發(fā)展規(guī)律與挑戰(zhàn)、芯片產(chǎn)熱機(jī)理與熱輸運(yùn)機(jī)制、芯片熱管理方法、熱擴(kuò)展方法、界面接觸熱阻與熱界面材料、高效散熱器、電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)方法與軟件、電力電子設(shè)備熱管理技術(shù)、數(shù)據(jù)中心熱管理技術(shù)、基于軟件冷卻概念的電子設(shè)備熱管理和電子設(shè)備熱管理學(xué)科建設(shè)與人才培養(yǎng)等方面，詳細(xì)分析電子設(shè)備熱管理學(xué)科與技術(shù)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)，梳理我國電子設(shè)備熱管理學(xué)科發(fā)展脈絡(luò)，探討電子設(shè)備熱管理技術(shù)未來發(fā)展趨勢，勾勒出我國未來電子元器件與設(shè)備熱管理技術(shù)發(fā)展路線圖，提出我國電子設(shè)備熱管理學(xué)科研究與技術(shù)發(fā)展的政策性建議。 本書不僅能夠幫助科技工作者洞悉學(xué)科發(fā)展規(guī)律、把握前沿領(lǐng)域和重點(diǎn)方向，也是科技管理部門重要的決策參考，同時(shí)也是社會(huì)公眾了解電子設(shè)備熱管理學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢的重要讀本。
中國學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略(電子設(shè)備熱管理)/學(xué)術(shù)引領(lǐng)系列/國家科學(xué)思想庫 目錄
目錄
總序 i
前言 vii
摘要 xi
Abstract xix
**章 電子設(shè)備熱管理學(xué)科的發(fā)展規(guī)律與挑戰(zhàn) 1
**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
**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(dòng)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(jì)方法 52
本章參考文獻(xiàn) 53
第三章 芯片熱管理方法 65
**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(diǎn)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(jì)方法 73
第三節(jié) 研究動(dòng)態(tài) 74
一、近結(jié)點(diǎn)微通道設(shè)計(jì)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(diǎn)微通道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)與評(píng)價(jià)方法 100
本章參考文獻(xiàn) 101
第四章 熱擴(kuò)展方法 110
**節(jié) 概念與內(nèi)涵 110
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(jì)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(dòng)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(jì)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(jì)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
**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(jì)方法 167
第三節(jié) 研究動(dòng)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(píng)估方法 211
本章參考文獻(xiàn) 212
第六章 高效散熱器 221
**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(jì)方法 223
二、單相液冷散熱器流阻-熱阻協(xié)同設(shè)計(jì) 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(dòng)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(jì)方法 240
二、單相液冷散熱器多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)方法與軟件 250
**節(jié) 概念與內(nèi)涵 250
一、電子器件與設(shè)備熱設(shè)計(jì)背景 250
二、數(shù)值分析輔助熱設(shè)計(jì)方法發(fā)展歷程 253
三、多物理場耦合熱設(shè)計(jì)方法 254
四、微觀尺度熱設(shè)計(jì)方法 256
五、常用熱分析與設(shè)計(jì)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(jì)算的信息交互匹配 264
三、多尺度熱分析問題的高計(jì)算資源需求 265
第三節(jié) 研究動(dòng)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(jì)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(jì)方法 274
二、熱設(shè)計(jì)軟件模塊化集成和大規(guī)模實(shí)際問題的精確求解 276
三、研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的熱分析與熱設(shè)計(jì)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
**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(dòng)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
**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(píng)價(jià)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(dòng)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
**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(dòng)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(shí)時(shí)動(dòng)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(píng)估方法與評(píng)價(jià)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
**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(duì)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
**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(diǎn)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) 打造國家級(jí)電子設(shè)備熱管理研究平臺(tái) 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(shí)產(chǎn)權(quán)的熱分析和設(shè)計(jì)軟件 401
關(guān)鍵詞索引 404
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中國學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略(電子設(shè)備熱管理)/學(xué)術(shù)引領(lǐng)系列/國家科學(xué)思想庫 節(jié)選
**章 電子設(shè)備熱管理學(xué)科的發(fā)展規(guī)律與挑戰(zhàn) **節(jié) 電子設(shè)備熱管理的概念與內(nèi)涵 由半導(dǎo)體器件、集成電路、光電子器件和真空電子器件等電子元器件組成的電子設(shè)備［如計(jì)算機(jī)、數(shù)控、信息技術(shù)（information technology，IT）設(shè)備、數(shù)據(jù)中心、激光器和雷達(dá)等］是社會(huì)經(jīng)濟(jì)和軍事國防領(lǐng)域中的基礎(chǔ)單元和關(guān)鍵設(shè)備，在國民經(jīng)濟(jì)和國防領(lǐng)域中發(fā)揮著十分重要的作用，如圖1-1所示。 圖1-1 電子設(shè)備在國民經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用 由于受電子器件效率的內(nèi)在限制，輸入給電子器件的近80%電功率都將耗散轉(zhuǎn)變成廢熱。如果不能有效地解決電子器件與設(shè)備產(chǎn)生的廢熱及時(shí)排散和溫度控制問題，會(huì)導(dǎo)致電子器件溫度升高，器件工作性能下降，甚至超過電子器件允許的極限工作溫度而燒毀失效，嚴(yán)重影響電子器件與設(shè)備的工作性能與可靠性。以射頻組件性能與溫度的關(guān)系為例［圖1-2(a)］，隨著電子器件溫度的增加，射頻組件的輸出功率和功率增益效率都在不斷下降，電子器件性能與其溫度存在密切關(guān)聯(lián)[1]。如圖1-2(b)所示，對(duì)典型場效應(yīng)晶體管（field effect transistor，F(xiàn)ET）而言，器件工作溫度水平也是影響其失效和壽命的關(guān)鍵因素之一，當(dāng)器件結(jié)溫超過150℃后，場效應(yīng)晶體管每十萬小時(shí)失效率將急劇增加。 圖1-2 溫度對(duì)電子器件性能的影響 隨著第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5th generation mobile networks，5G）、大數(shù)據(jù)、人工智能和無人駕駛等新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，對(duì)數(shù)據(jù)的計(jì)算、連接、傳送、交換和存儲(chǔ)等的要求越來越高，電子器件與設(shè)備熱管理已經(jīng)不僅是可靠性保障的需求，已提升到?jīng)Q定芯片算力和處理能力的高度。歷史上，晶體管工藝的進(jìn)步可同時(shí)實(shí)現(xiàn)性能提升和能耗降低；當(dāng)電子芯片特征尺寸演進(jìn)到10nm時(shí)，已無法實(shí)現(xiàn)在降低能耗的同時(shí)大幅度提升性能，芯片每代性能提升1倍，芯片比功耗a至少需要提升30%～40%，這導(dǎo)致當(dāng)前芯片散熱能力其實(shí)已遠(yuǎn)不能滿足芯片全性能發(fā)揮時(shí)的散熱需求。從實(shí)際應(yīng)用角度看，散熱能力決定了芯片的性能能夠發(fā)揮到多少；從國際競爭角度看，高性能且高能效的電子器件與設(shè)備熱管理能力，可以部分彌補(bǔ)國產(chǎn)半導(dǎo)體工藝和國外差2代的顯著代溝差距。因此，熱管理已成為維護(hù)與保障電子設(shè)備工作性能和可靠性、研制新型電子設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)，是近十多年來國際熱科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。 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) 一、電子設(shè)備熱管理的發(fā)展規(guī)律 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子器件與設(shè)備熱管理呈現(xiàn)兩大發(fā)展規(guī)律，具體如下。 （一）電子芯片、器件特征尺寸越來越小，器件集成度越來越高，輸入功率與功率損耗不斷增大，導(dǎo)致其熱流密度急劇升高 電子芯片特征尺寸是電子技術(shù)發(fā)展水平的一個(gè)重要標(biāo)志，特征尺寸越小，芯片集成度越高。集成電路（intergrated circuit，IC）數(shù)字芯片演進(jìn)的核心基石與標(biāo)志是摩爾定律。芯片特征尺寸從20世紀(jì)70年代的10μm量級(jí)已經(jīng)減小到當(dāng)前的10nm量級(jí)，2019年芯片已經(jīng)達(dá)到7nm，2021年演進(jìn)到5nm，未來10年將持續(xù)向3nm、2nm等遞進(jìn)。芯片集成度隨之以驚人的速度增大，從*初的單個(gè)芯片只能集成幾十個(gè)晶體管，發(fā)展到目前單個(gè)芯片可以集成幾十億個(gè)晶體管。 在芯片尺寸縮減演進(jìn)過程中，芯片功率在不斷增大。例如，20世紀(jì)80年代單個(gè)芯片的功率只有幾瓦，2005年左右已增大到接近100W，增大了幾十倍。在過去10年中，對(duì)比功耗而言，算力和管道帶寬性能的增幅要超過摩爾和超摩爾演進(jìn)的降幅，芯片的比功耗增加了5倍，而人工智能（artificial intelligence，AI）芯片、高性能中央處理器（central processing unit，CPU）和大容量網(wǎng)絡(luò)交換芯片的功耗都已經(jīng)達(dá)到300～400W。芯片在性能提升過程中遇到高速墻和內(nèi)存墻，兩個(gè)裸片距離太遠(yuǎn)，難以實(shí)現(xiàn)裸片之間大于100Gbit/s的高速通信需求，難以解決計(jì)算核心和內(nèi)存之間的高帶寬需求。為了解決這兩個(gè)問題，當(dāng)前的趨勢是把多個(gè)裸片通過異構(gòu)合封（heterogonous integration）組合在一起，滿足大封裝、大功耗的需求。基于性能演進(jìn)需求，預(yù)測未來5年芯片比功耗還將會(huì)增長2～3倍（圖1-3），單芯片功耗會(huì)達(dá)到并超過1000W。 圖1-3 芯片比功耗演化預(yù)測 數(shù)據(jù)來源：華為技術(shù)有限公司 由于閾值電壓的限制，晶體管的功耗降幅低于尺度小型化的降幅。如果維持工作頻率不變，每代節(jié)點(diǎn)晶體管熱流密度會(huì)上升約30%，導(dǎo)致電子芯片和器件的熱流密度急劇上升，熱流密度從早期的不超過10W/cm2已經(jīng)增大至100W/cm2。例如，激光二極管和固態(tài)微波功率器件的熱流密度已經(jīng)達(dá)到200～500W/cm2，這樣的熱流密度相當(dāng)于核彈爆炸的水平（圖1-4），因而亟待解決高熱流密度條件下的電子器件溫度控制問題。此外，由于芯片尺度的縮小，芯片自身的熱容量及熱慣性下降，抗瞬態(tài)熱沖擊的能力迅速下降，需要快速及時(shí)排散芯片工作過程中器件內(nèi)部產(chǎn)生的焦耳熱。 近年來，電子器件正從傳統(tǒng)的二維平面組裝向三維立體集成方向發(fā)展，通過將射頻前端、信號(hào)處理、存儲(chǔ)、傳感、致動(dòng)甚至能量源等功能的電子元件垂直集成在一起，從而達(dá)到增強(qiáng)功能密度、進(jìn)一步縮小尺寸的目的，以克服“后摩爾”時(shí)代電子技術(shù)發(fā)展過程中面臨的挑戰(zhàn)。例如，西屋電氣公司（Westinghouse Electric Corporation，WEC）采用三維（three dimension，3D）集成技術(shù)研制的X波段微波器件，由8個(gè)砷化鎵（GaAs）單片微波集成電路（monolithic microwave integrated circuit，MMIC）晶片、4個(gè)GaAs數(shù)控介質(zhì)晶片、若干功放匹配網(wǎng)絡(luò)及射頻（radio frequency，RF）旁路電容等構(gòu)成，互連電路基板為低溫共燒陶瓷多層基板，其內(nèi)部含有22層布線及多種形狀復(fù)雜的空腔結(jié)構(gòu)，線寬/間距均為125μm，相對(duì)于原先的分立模塊，體積和重量縮小了數(shù)十倍。與二維（two dimension，2D）器件相比，3D集成電子器件的熱流密度將急劇增大。有數(shù)據(jù)表明，3D集成器件功率密度將達(dá)到1kW/cm2以上，局部熱點(diǎn)更是將超過5kW/cm2。顯然，3D集成器件在給電子技術(shù)發(fā)展帶來新機(jī)遇的同時(shí)，給熱管理技術(shù)提出了新的、更高的要求。 因此，可以看出，熱管理已經(jīng)成為制約電子技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸問題之一。2015年，英特爾公司的首席執(zhí)行官科再奇（Krzanich）稱指導(dǎo)了過去50年電子行業(yè)發(fā)展的摩爾定律即將走向終結(jié)，并指出摩爾定律失效的主要原因之一是熱死亡。電子技術(shù)未來發(fā)展亟待需要熱管理新方法與新技術(shù)的支撐。 （二）電子設(shè)備、系統(tǒng)大型化、超大規(guī)模特征日益凸顯，系統(tǒng)熱耗巨大 電子技術(shù)的另一個(gè)發(fā)展特征體現(xiàn)在設(shè)備級(jí)和系統(tǒng)層次，隨著對(duì)電子設(shè)備功能需求的不斷提高，電子設(shè)備、系統(tǒng)的規(guī)模越來越大。例如，騰訊科技（深圳）有限公司在天津的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器數(shù)量已超過10萬個(gè)，天河二號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)有32 000個(gè)Ivy Bridge處理器和48 000個(gè)Xeon Phi，共有312萬個(gè)計(jì)算核心。大型化、超大規(guī)模的電子設(shè)備和系統(tǒng)耗能巨大。以數(shù)據(jù)中心為例，2016年我國數(shù)據(jù)中心保有量約為5.6萬個(gè)，2020年我國數(shù)據(jù)中心保有量超過8萬個(gè)，與之相對(duì)應(yīng)的是能源消耗也在逐年攀升。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009年我國數(shù)據(jù)中心的耗電量達(dá)到364億kW h，大約相當(dāng)于當(dāng)年全國總能耗的1%，2018年我國數(shù)據(jù)中心用電量占全國的2.35%，超過上海用電量（1567億kW h），碳排放達(dá)9900萬t，高耗能成為數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大問題（圖1-5）[8]。數(shù)據(jù)分析表明，在數(shù)據(jù)中心總耗電量中，用于IT設(shè)備和制冷設(shè)備的能耗均占到了40%（圖1-6），是數(shù)據(jù)中心*大的耗能源頭。當(dāng)前，國家也在加強(qiáng)對(duì)設(shè)備能效進(jìn)行目標(biāo)牽引，工業(yè)和信息化部等2019年發(fā)布的《工業(yè)和信息化部 國家機(jī)關(guān)事務(wù)管理局 國家能源局關(guān)于加強(qiáng)綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)的指導(dǎo)意見》（工信部聯(lián)節(jié)［2019］24號(hào)）要求新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心的電
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