电子设备热管理

《电子设备热管理》从电子设备热管理学科发展规律与挑战、芯片产热机理与热输运机制、芯片热管理方法、热扩展方法、界面接触热阻与热界面材料、高效散热器、电子设备热设计方法与软件、电力电子设备热管理技术、数据中心热管理技术、基于软件冷却概念的电子设备热管理和电子设备热管理学科建设与人才培养等方面，详细分析电子设备热管理学科与技术发展面临的挑战，梳理我国电子设备热管理学科发展脉络，探讨电子设备热管理技术未来发展趋势，勾勒出我国未来电子元器件与设备热管理技术发展路线图，提出我国电子设备热管理学科研究与技术发展的政策性建议。

目录
总序　i
前言　vii
摘要　xi
Abstract　xix
第一章　电子设备热管理学科的发展规律与挑战　1
第一节　电子设备热管理的概念与内涵　1
第二节　电子设备热管理的发展规律和面临的挑战　3
一、电子设备热管理的发展规律　3
二、电子设备热管理面临的挑战　7
第三节　电子设备热管理的国内外研究现状　10
一、国际电子设备热管理的研究现状　10
二、我国电子设备热管理的研究现状　12
本章参考文献　14
第二章　芯片产热机理与热输运机制　16
第一节　研究内涵　16
第二节　关键科学问题　17
一、纳米尺度芯片电-声耦合产热机理　19
二、芯片微纳尺度热输运机制　20
三、芯片电-热-力协同效应　23
第三节　研究动态　25
一、芯片产热机理　25
二、芯片热输运机制　34
三、芯片电-热-力耦合效应　45
第四节　未来发展趋势和建议　49
一、宽带隙半导体技术　49
二、固-固异质界面热传输强化方法　51
三、芯片跨尺度-多场协同设计方法　52
本章参考文献　53
第三章　芯片热管理方法　65
第一节　概念与内涵　65
第二节　面临的挑战和存在的问题　69
一、芯片近结点微通道强化传热机理与方法　69
二、芯片热管理微系统异质封装与集成技术　71
三、芯片热管理微系统热-电-力-流一体化设计方法　73
第三节　研究动态　74
一、近结点微通道设计优化与强化换热　74
二、芯片异质封装键合　87
三、芯片热-电-力一体化协同设　96
第四节　未来发展趋势和建议　99
一、高导热、大尺寸基底键合与异质界面热输运强化方法　99
二、高效低阻近结点微通道结构设计与优化方法　99
三、芯片热管理微系统的高密度异质封装与集成技术　100
四、芯片热管理微系统热-电-力-流一体化设计与评价方法　100
本章参考文献　101
第四章　热扩展方法　110
第一节　概念与内涵　110
一、第一代热扩展材料　112
二、第二代热扩展材料　114
三、第三代热扩展材料　123
四、蒸汽腔热扩展　124
第二节　面临的挑战和存在的问题　129
一、复合热扩展材料多尺度传热模型与界面调控机理　129
二、低维材料多维导热通路设计方法与器件一体化　130
三、基于微纳复合结构的蒸汽腔相变传热强化方法　130
四、面向超薄、柔性电子器件的新型热扩展方法　131
第三节　研究动态　131
一、高导热复合热扩展材料的界面调控　131
二、低维热扩展材料的可控制备　136
三、基于新型毛细芯设计与微纳结构相结合的蒸汽腔技术　138
四、新型蒸汽腔热扩展方法　143
第四节　未来发展趋势和建议　145
一、高性能热扩展材料的设计与多维导热强化方法　145
二、高导热低维材料的可控生长与器件一体化组装　146
三、蒸汽腔相变传热强化方法与超薄/柔性蒸汽腔热扩展技术　147
本章参考文献　148
第五章　界面接触热阻与热界面材料　158
第一节　概念与内涵　158
第二节　面临的挑战和存在的问题　162
一、接触热阻产生的微观机理　162
二、接触热阻的高精度表征与测试方法　163
三、聚合物TIM的高效热通路构建方法　163
四、金属TIM的兼容性增强方法　166
五、全无机低维TIM的多维结构设计方法　167
第三节　研究动态　167
一、接触热阻的产生机理及影响规律　167
二、接触热阻的表征与测试法　173
三、聚合物热界面材料　180
四、金属TIM　199
五、全无机低维TIM　206
第四节　未来发展趋势和建议　210
一、小界面温差、低接触热阻的高精度表征与测试技术　210
二、导热高且模量低的TIM　211
三、TIM的老化机理及其寿命评估方法　211
本章参考文献　212
第六章　高效散热器　221
第一节　概念与内涵　221
第二节　面临的挑战和存在的问题　223
一、紧凑式风冷散热器多目标优化设计方法　223
二、单相液冷散热器流阻-热阻协同设计　224
三、相变散热器稳定性和临界热流密度提升方法　224
第三节　研究动态　226
一、风冷散热器　226
二、单相液冷散热器　229
三、相变散热器　233
第四节　未来发展趋势和建议　240
一、风冷散热器散热/结构一体化设计方法　240
二、单相液冷散热器多目标优化设计方法　241
三、高热流密度相变散热器强化换热与稳定性调控方法　242
本章参考文献　244
第七章　电子设备热设计方法与软件　250
第一节　概念与内涵　250
一、电子器件与设备热设计背景　250
二、数值分析辅助热设计方法发展历程　253
三、多物理场耦合热设计方法　254
四、微观尺度热设计方法　256
五、常用热分析与设计软件（专用、通用）　257
第二节　面临的挑战和存在的问题　262
一、多场耦合强非线性问题的收敛性　262
二、跨尺度热分析计算的信息交互匹配　264
三、多尺度热分析问题的高计算资源需求　265
第三节　研究动态　266
一、强非线性问题的稳定方法　266
二、跨尺度热分析的信息交互匹配方法　269
三、多尺度热分析问题的计算资源分配　272
第四节　未来发展趋势和建议　274
一、电子设备多层次协同设计方法　274
二、热设计软件模块化集成和大规模实际问题的精确求解　276
三、研发具有自主知识产权的热分析与热设计软件　277
本章参考文献　278
第八章　电力电子设备热管理技术　283
第一节　概念与内涵　283
一、电力电子设备的发展现状　283
二、电力电子设备的热特征　286
第二节　面临的挑战和存在的问题　290
一、通用电力电子器件结温在线测量方法　290
二、非平稳工况电力电子器件结温管理方法　292
三、功率半导体器件封装热管理技术　293
第三节　研究动态　293
一、基于过温保护的外部热管理技术　293
二、功率半导体器件封装热管理技术　304
三、基于寿命模型的器件结温平滑控制技术　308
第四节　未来发展趋势和建议　314
一、非平稳工况器件结温测量方法研究　315
二、基于器件损耗控制的内部热管理策略研究　316
三、应用于碳化硅器件的新型封装热管理技术　317
本章参考文献　318
第九章　数据中心热管理技术　326
第一节　概念与内涵　326
一、数据中心的发展历程　326
二、数据中心的热管理问题　329
三、数据中心的能效评价与节能　332
第二节　面临的挑战和存在的问题　336
一、大型数据中心高效精准化热管理　337
二、大型数据中心低品位废热高效利用　340
第三节　研究动态　341
一、大型数据中心高效热管理技术　341
二、大型数据中心废热利用与节能技术　348
第四节　未来发展趋势和建议　352
一、数据中心超前预测与调控　352
二、100%可再生能源供能——零排放数据中心建设　353
本章参考文献　353
第十章　基于软件冷却概念的电子设备热管理　360
第一节　概念与内涵　360
第二节　面临的挑战和存在的问题　363
一、温度场高精度感知和重构　363
二、准确的功耗与温度关联模型　364
三、高效任务资源调度策略　365
第三节　研究动态　366
一、片上系统温度场感知与重构方法　366
二、处理器功耗与温度分布的匹配关系　367
三、软件冷却系统资源调度策略　369
四、软件冷却方法的应用研究　371
第四节　未来发展趋势和建议　372
一、发展面向多核异构系统的实时动态调度方法　372
二、建立任务迁移与任务切换开销的评估方法与评价准则　373
三、发展基于热耗与温度超前预测的智能化软件冷却方法　373
本章参考文献　374
第十一章　电子设备热管理学科建设与人才培养　377
第一节　学科建设与人才培养的必要性　377
一、学科发展的必然性　377
二、专业人才的缺乏　378
三、巨大的市场需求　379
第二节　国外学科建设和人才培养概况　380
一、美国电子设备热管理的学科建设与人才培养概况　380
二、欧洲电子设备热管理的学科建设与人才培养概况　384
三、日韩电子设备热管理的学科建设与人才培养概况　386
第三节　国内学科建设和人才培养概况　388
一、国内学科建设和人才培养中存在的问题　388
二、国内学科建设和人才培养的对策　390
第十二章　电子设备热管理技术与学科发展战略建议　391
第一节　电子设备热管理技术未来发展趋势与路线图　391
一、发展电子设备产热-传热-散热全链条多层次协同热管理方法与理论体系　394
二、发展面向超高热流密度芯片近结点定向热管理方法　394
三、发展面向大型电子设备和数据中心的精准热管理方法　395
四、发展基于软件冷却概念的智能化热管理方法　396
五、发展电子设备能量综合管理与利用技术　397
第二节　加强基础研究和跨学科交叉领域研究　398
第三节　打造国家*电子设备热管理研究平台　399
第四节　要加大学科投入、重视学科规划和加强人才培养　400
第五节　发展具有自主知识产权的热分析和设计软件　401
关键词索引　404