على مدى ما يقرب من عقد من الزمن، تم تشكيل تطور نظارات الواقع المعزز (AR) كقصة من البصريات والعروض والخوارزميات الذكية الاصطناعية.لقد ظهرت قيود أقل وضوحا كقرص الزجاجة الحقيقيإدارة الحرارة
على عكس الحدس، لن تفشل نظارات الواقع المعزز لأنها تولد حرارة كثيرة، إنها تفشل لأن الحرارة ليس لديها مكان تذهب إليه.
في هذا السياق،رقائق من كربيد السيليكون (SiC)وبدأت تظهر في دور جديد تمامًا: كحلول حرارية هيكلية على مستوى النظام داخل أجهزة قابلة للارتداء ضيقة للغاية..هذا لا يمثل مجرد بديل للمواد، ولكن تحول مفاهيمي في كيفية إدارة الحرارة على نطاق الجهاز.
نظارات AR تشغل واحدة من أكثر مساحات التصميم العدائية من حيث الحرارة في الإلكترونيات الاستهلاكية:
قيود الحجم القصوى (سمك على مقياس المليمتر)
الاتصال المستمر بالجلد ، والحد من درجات حرارة السطح المسموح بها
مصادر حرارة محلية للغاية ، مثل AI SoCs ، وشركات تشغيل الشاشة الصغيرة ، والمحركات البصرية
عدم وجود تبريد نشط (المروحة، أنابيب الحرارة، أو غرف البخار الكبيرة غير عملية)
في حين أن انبعاث الطاقة الإجمالي قد يكون أقل من الهواتف الذكية ، فإن كثافة الطاقة أعلى بكثير. والأهم من ذلك ، فإن المسار الحراري متجزأ: يجب أن تتحرك الحرارة جانباً عبر رقيق ،الهياكل المكدسة قبل أن يتم إبعادها بأمان.
هذا يحول الإدارة الحرارية إلى مشكلة انتشار بدلاً من مشكلة تبديد.
تعتمد معظم أجهزة AR الحالية على مجموعات من:
أوراق الجرافيت
من النحاس
أطر هيكلية من الألومنيوم أو المغنيسيوم
البوليمرات الموصلة حراريًا
هذه المواد تعمل بشكل معقول في الهواتف والأجهزة اللوحية، لكنها تواجه قيود أساسية في نظارات AR:
التوصيل الحراري الآيزوتروب
الجرافيت ينشر الحرارة جانباً لكن يؤدي بدرجة ضعيفة من خلال السُمك.
حساسية السماكة
عندما يتم تقليصها إلى طبقات تحت المليمتر، تنخفض الموصلات الحرارية الفعالة.
عدم توافق هيكلي
المعادن تضيف الوزن وتتداخل مع المحاذاة البصرية وأداء RF.
العقلية الحرارية
هذه المواد مرفقةبعدتصميم النظام، بدلا من دمجها فيه.
بمعنى آخر، تحاول المواد التقليدية إزالة الحرارة بعد أن تتراكم، بدلاً من منع تكوين النقاط الساخنة الحرارية في المقام الأول.
للوهلة الأولى، يبدو أن سي سي غير مناسبة للأجهزة القابلة للارتداء.
صعب
هشة
باهظة الثمن
ترتبط تقليديا مع أجهزة الطاقة على مستوى الكيلوواط
ومع ذلك من وجهة نظر الفيزياء، يمتلك SiC مزيجاً نادرًا من الخصائص المتوافقة بشكل فريد مع التحديات الحرارية AR:
التوصيل الحراري: ~ 400 ∼ 490 W/m·K
نقل الحرارة الإيزوتروبية
صلابة ميكانيكية عالية
استقرار حراري ممتاز
العزل الكهربائي (في الدرجات شبه العازلة)
والأهم من ذلك، يحتفظ سيكس بقدرات حرارية عالية حتى عند سمك صغير جداً، حيث غالباً ما تفشل المعادن والجرافيت.
الابتكار الرئيسي لا يستخدم SiC كغسالة حرارة تقليدية، ولكن كطائرة حرارية.
بدلاً من سحب الحرارة عمودياً ، يمكن وضع رقاقة SiC رقيقة:
تحت مركز AR SoC
داخل كومة الوحدات البصرية
كجزء من حامل العدسة أو الإطار الهيكلي
في هذا الدور ، تعمل رقاقة SiC كموازنة حرارة ثنائية الأبعاد ، وتنشر بسرعة الحرارة المحلية عبر منطقة أكبر قبل أن تصل درجات الحرارة إلى ذروة.
هذا يعيد تشكيل التصميم الحراري من "كيفية تفريغ الحرارة" إلى كيفية منع تكوين النقاط الساخنة.
واحدة من أكثر سمات SiC® تغييرًا هي أنه يمكن أن يخدم وظائف متعددة في وقت واحد:
دعم ميكانيكي
الانتشار الحراري
العزل الكهربائي
استقرار الأبعاد للمحاذاة البصرية
في نظارات AR، حيث كل ملليمتر مكعب مهم، هذه الوظائف المتعددة هي تحويلية.
من خلال استبدال العديد من المكونات المنفصلة الهياكل المعدنية، ومنتشرات الحرارة، والطبقات العازلة بواحدة من رقائق أو ألواح SiC، يقلل المصممون:
عدد الأجزاء
المقاومة الحرارية للواجهة
تعقيد التجميع
الوزن
هذا ليس تحسينًا تدريجيًا ، إنه تبسيط على مستوى النظام.
على عكس المعادن ، يقدم SiC تدخلات كهرومغناطيسية ضئيلة وهو متوافق مع:
الهوائيات الراديوية
أجهزة توجيه الموجات البصرية
وحدات ميكرو LED وميكرو OLED
تسمح درجات SiC شبه العازلة بالإضافة إلى ذلك بالاندماج بالقرب من الدوائر التناظرية والرقمية الحساسة دون آثار طفيلية.
في بعض الهندسة المعمارية التجريبية ، يتم استكشاف الركائز SiC حتى كمنصات تعبئة مشتركة ، تدعم كل من الإدارة الحرارية وتوجيه الترابط.
الدورة الحرارية هي قاتل صامت في أجهزة AR. يمكن أن تسبب دورات التدفئة والتبريد المتكررة:
عدم التواء البصري
التشطيب
التكسير الدقيق في البوليمرات
يساعد معامل التوسع الحراري المنخفض لـ SiC والصلابة العالية على الحفاظ على سلامة الهيكل على مدى فترات الاستخدام الطويلة ، خاصة في أحوال العمل الثقيلة.
هذا يضع SiC ليس فقط كوسيلة لتمكين الأداء ، ولكن كمادة موثوقية.
تاريخياً، كانت رقائق السيكروكلوريد باهظة الثمن بالنسبة للكترونيات الاستهلاكية. ومع ذلك، هناك العديد من الاتجاهات التي تغير هذه المعادلة:
توسيع إنتاج رقائق SiC 6 بوصة و 8 بوصة
تحسينات في الإنتاج مدفوعة بالطلب على السيارات
تقنيات التخفيف والقطعة المعتمدة من الإلكترونيات القوية
في زجاجات AR ، تكون مساحة SiC المطلوبة صغيرة غالباً ما تكون جزءاً من رقاقة كاملة مما يجعل التكلفة مقبولة عند النظر إليها على مستوى النظام.
عندما يستبدل SiC عدة مكونات، يمكن أن تصبح تكلفة BOM الإجمالية تنافسية، وليس أعلى.
يُشير اعتماد رقائق سيك في الإدارة الحرارية لـ AR إلى تحول أوسع:
لم تعد نظارات AR مصممة مثل الهواتف المصغرة.
يتم تصميمها مثل الأنظمة الفيزيائية المتكاملة، حيث المواد تحدد الهندسة المعمارية.
مع زيادة أحمال العمل في الذكاء الاصطناعي وتقلص عوامل الشكل أكثر، ستحدد المواد التي تجمع بين الأدوار الحرارية والميكانيكية والكهربائية الجيل القادم من الحوسبة القابلة للارتداء.
الـ SiC هي من بين أولى المواد التي تخطت هذا الحدود.
أهم فكرة ليست أن الـ SiC يقود الحرارة بشكل جيد.
هو أن SiC يسمح لإدارة الحرارة بالانتقال إلى الأمام من الملحقات إلى الهندسة المعمارية.
في نظارات AR، حيث كل جرام، كل ملليمتر، وكل درجة مهمة، هذا التحول قد يكون حاسما.
على مدى ما يقرب من عقد من الزمن، تم تشكيل تطور نظارات الواقع المعزز (AR) كقصة من البصريات والعروض والخوارزميات الذكية الاصطناعية.لقد ظهرت قيود أقل وضوحا كقرص الزجاجة الحقيقيإدارة الحرارة
على عكس الحدس، لن تفشل نظارات الواقع المعزز لأنها تولد حرارة كثيرة، إنها تفشل لأن الحرارة ليس لديها مكان تذهب إليه.
في هذا السياق،رقائق من كربيد السيليكون (SiC)وبدأت تظهر في دور جديد تمامًا: كحلول حرارية هيكلية على مستوى النظام داخل أجهزة قابلة للارتداء ضيقة للغاية..هذا لا يمثل مجرد بديل للمواد، ولكن تحول مفاهيمي في كيفية إدارة الحرارة على نطاق الجهاز.
نظارات AR تشغل واحدة من أكثر مساحات التصميم العدائية من حيث الحرارة في الإلكترونيات الاستهلاكية:
قيود الحجم القصوى (سمك على مقياس المليمتر)
الاتصال المستمر بالجلد ، والحد من درجات حرارة السطح المسموح بها
مصادر حرارة محلية للغاية ، مثل AI SoCs ، وشركات تشغيل الشاشة الصغيرة ، والمحركات البصرية
عدم وجود تبريد نشط (المروحة، أنابيب الحرارة، أو غرف البخار الكبيرة غير عملية)
في حين أن انبعاث الطاقة الإجمالي قد يكون أقل من الهواتف الذكية ، فإن كثافة الطاقة أعلى بكثير. والأهم من ذلك ، فإن المسار الحراري متجزأ: يجب أن تتحرك الحرارة جانباً عبر رقيق ،الهياكل المكدسة قبل أن يتم إبعادها بأمان.
هذا يحول الإدارة الحرارية إلى مشكلة انتشار بدلاً من مشكلة تبديد.
تعتمد معظم أجهزة AR الحالية على مجموعات من:
أوراق الجرافيت
من النحاس
أطر هيكلية من الألومنيوم أو المغنيسيوم
البوليمرات الموصلة حراريًا
هذه المواد تعمل بشكل معقول في الهواتف والأجهزة اللوحية، لكنها تواجه قيود أساسية في نظارات AR:
التوصيل الحراري الآيزوتروب
الجرافيت ينشر الحرارة جانباً لكن يؤدي بدرجة ضعيفة من خلال السُمك.
حساسية السماكة
عندما يتم تقليصها إلى طبقات تحت المليمتر، تنخفض الموصلات الحرارية الفعالة.
عدم توافق هيكلي
المعادن تضيف الوزن وتتداخل مع المحاذاة البصرية وأداء RF.
العقلية الحرارية
هذه المواد مرفقةبعدتصميم النظام، بدلا من دمجها فيه.
بمعنى آخر، تحاول المواد التقليدية إزالة الحرارة بعد أن تتراكم، بدلاً من منع تكوين النقاط الساخنة الحرارية في المقام الأول.
للوهلة الأولى، يبدو أن سي سي غير مناسبة للأجهزة القابلة للارتداء.
صعب
هشة
باهظة الثمن
ترتبط تقليديا مع أجهزة الطاقة على مستوى الكيلوواط
ومع ذلك من وجهة نظر الفيزياء، يمتلك SiC مزيجاً نادرًا من الخصائص المتوافقة بشكل فريد مع التحديات الحرارية AR:
التوصيل الحراري: ~ 400 ∼ 490 W/m·K
نقل الحرارة الإيزوتروبية
صلابة ميكانيكية عالية
استقرار حراري ممتاز
العزل الكهربائي (في الدرجات شبه العازلة)
والأهم من ذلك، يحتفظ سيكس بقدرات حرارية عالية حتى عند سمك صغير جداً، حيث غالباً ما تفشل المعادن والجرافيت.
الابتكار الرئيسي لا يستخدم SiC كغسالة حرارة تقليدية، ولكن كطائرة حرارية.
بدلاً من سحب الحرارة عمودياً ، يمكن وضع رقاقة SiC رقيقة:
تحت مركز AR SoC
داخل كومة الوحدات البصرية
كجزء من حامل العدسة أو الإطار الهيكلي
في هذا الدور ، تعمل رقاقة SiC كموازنة حرارة ثنائية الأبعاد ، وتنشر بسرعة الحرارة المحلية عبر منطقة أكبر قبل أن تصل درجات الحرارة إلى ذروة.
هذا يعيد تشكيل التصميم الحراري من "كيفية تفريغ الحرارة" إلى كيفية منع تكوين النقاط الساخنة.
واحدة من أكثر سمات SiC® تغييرًا هي أنه يمكن أن يخدم وظائف متعددة في وقت واحد:
دعم ميكانيكي
الانتشار الحراري
العزل الكهربائي
استقرار الأبعاد للمحاذاة البصرية
في نظارات AR، حيث كل ملليمتر مكعب مهم، هذه الوظائف المتعددة هي تحويلية.
من خلال استبدال العديد من المكونات المنفصلة الهياكل المعدنية، ومنتشرات الحرارة، والطبقات العازلة بواحدة من رقائق أو ألواح SiC، يقلل المصممون:
عدد الأجزاء
المقاومة الحرارية للواجهة
تعقيد التجميع
الوزن
هذا ليس تحسينًا تدريجيًا ، إنه تبسيط على مستوى النظام.
على عكس المعادن ، يقدم SiC تدخلات كهرومغناطيسية ضئيلة وهو متوافق مع:
الهوائيات الراديوية
أجهزة توجيه الموجات البصرية
وحدات ميكرو LED وميكرو OLED
تسمح درجات SiC شبه العازلة بالإضافة إلى ذلك بالاندماج بالقرب من الدوائر التناظرية والرقمية الحساسة دون آثار طفيلية.
في بعض الهندسة المعمارية التجريبية ، يتم استكشاف الركائز SiC حتى كمنصات تعبئة مشتركة ، تدعم كل من الإدارة الحرارية وتوجيه الترابط.
الدورة الحرارية هي قاتل صامت في أجهزة AR. يمكن أن تسبب دورات التدفئة والتبريد المتكررة:
عدم التواء البصري
التشطيب
التكسير الدقيق في البوليمرات
يساعد معامل التوسع الحراري المنخفض لـ SiC والصلابة العالية على الحفاظ على سلامة الهيكل على مدى فترات الاستخدام الطويلة ، خاصة في أحوال العمل الثقيلة.
هذا يضع SiC ليس فقط كوسيلة لتمكين الأداء ، ولكن كمادة موثوقية.
تاريخياً، كانت رقائق السيكروكلوريد باهظة الثمن بالنسبة للكترونيات الاستهلاكية. ومع ذلك، هناك العديد من الاتجاهات التي تغير هذه المعادلة:
توسيع إنتاج رقائق SiC 6 بوصة و 8 بوصة
تحسينات في الإنتاج مدفوعة بالطلب على السيارات
تقنيات التخفيف والقطعة المعتمدة من الإلكترونيات القوية
في زجاجات AR ، تكون مساحة SiC المطلوبة صغيرة غالباً ما تكون جزءاً من رقاقة كاملة مما يجعل التكلفة مقبولة عند النظر إليها على مستوى النظام.
عندما يستبدل SiC عدة مكونات، يمكن أن تصبح تكلفة BOM الإجمالية تنافسية، وليس أعلى.
يُشير اعتماد رقائق سيك في الإدارة الحرارية لـ AR إلى تحول أوسع:
لم تعد نظارات AR مصممة مثل الهواتف المصغرة.
يتم تصميمها مثل الأنظمة الفيزيائية المتكاملة، حيث المواد تحدد الهندسة المعمارية.
مع زيادة أحمال العمل في الذكاء الاصطناعي وتقلص عوامل الشكل أكثر، ستحدد المواد التي تجمع بين الأدوار الحرارية والميكانيكية والكهربائية الجيل القادم من الحوسبة القابلة للارتداء.
الـ SiC هي من بين أولى المواد التي تخطت هذا الحدود.
أهم فكرة ليست أن الـ SiC يقود الحرارة بشكل جيد.
هو أن SiC يسمح لإدارة الحرارة بالانتقال إلى الأمام من الملحقات إلى الهندسة المعمارية.
في نظارات AR، حيث كل جرام، كل ملليمتر، وكل درجة مهمة، هذا التحول قد يكون حاسما.
