Για σχεδόν μια δεκαετία, η εξέλιξη των γυαλιών AR (Αυξημένης Πραγματικότητας) έχει περιγραφεί ως μια ιστορία οπτικής, οθόνων και αλγορίθμων AI.Ο πραγματικός περιορισμός που δημιουργείται είναι ένας λιγότερο ορατός περιορισμός.Η θερμική διαχείριση.

Αντίθετα με την διαίσθηση, τα γυαλιά AR δεν αποτυγχάνουν επειδή παράγουν υπερβολική θερμότητα. Αποτυγχάνουν επειδή η θερμότητα δεν έχει πού να πάει.

Στο πλαίσιο αυτό,Πλακέτες από καρβίδιο πυριτίου (SiC)∆εύτερον, οι τεχνολογίες που σχετίζονται με τα ηλεκτρονικά συστήματα υψηλής ισχύος και τα ηλεκτρικά οχήματα αρχίζουν να εμφανίζονται σε έναν εντελώς νέο ρόλο: ως δομικές θερμικές λύσεις σε επίπεδο συστήματος μέσα σε εξαιρετικά συμπαγείς φορητές συσκευές..Αυτό δεν αντιπροσωπεύει απλώς μια υποκατάσταση υλικού, αλλά μια εννοιολογική αλλαγή στον τρόπο διαχείρισης της θερμότητας στην κλίμακα της συσκευής.

1Το θερμικό παράδοξο των γυαλιών AR

Τα γυαλιά AR καταλαμβάνουν έναν από τους πιο θερμικά εχθρικούς χώρους σχεδιασμού στα καταναλωτικά ηλεκτρονικά:

• Εξαιρετικοί περιορισμοί όγκου (πλάτος σε χιλιομετρική κλίμακα)

• Συνεχή επαφή με το δέρμα, περιορίζοντας τις επιτρεπόμενες θερμοκρασίες της επιφάνειας

• Υψηλά τοπικές πηγές θερμότητας, όπως AI SoCs, οδηγοί μικροεπιφάνειας και οπτικές μηχανές

• Καμία ενεργή ψύξη (παιοστάτες, σωλήνες θέρμανσης ή μεγάλοι θαλάμοι ατμού δεν είναι πρακτικοί)

Ενώ η συνολική διάχυση ισχύος μπορεί να είναι χαμηλότερη από εκείνη των smartphones, η πυκνότητα ισχύος είναι σημαντικά υψηλότερη.στοιβαγμένες δομές προτού διαλυθεί με ασφάλεια.

Αυτό μετατρέπει τη θερμική διαχείριση σε πρόβλημα διάχυσης και όχι σε πρόβλημα διάσπασης.

2Γιατί τα συμβατικά θερμικά υλικά φτάνουν στα όριά τους

Οι περισσότερες τρέχουσες συσκευές AR βασίζονται σε συνδυασμούς:

• Φύλλα από γραφίτη

• Φώτα χαλκού

• Τετραγωνικά δομικά πλαίσια από αλουμίνιο ή μαγνήσιο

• Πολυμερή θερμικά αγωγικά

Αυτά τα υλικά λειτουργούν αρκετά καλά σε τηλέφωνα και tablet, αλλά αντιμετωπίζουν θεμελιώδη όρια στα γυαλιά AR:

1. Ανιζοτροπική θερμότητα
   Ο γραφίτης διαδίδει τη θερμότητα πλευρικά αλλά δεν λειτουργεί καλά με το πάχος.

2. Ευαισθησία στο πάχος
   Όταν μειώνεται σε υπομιλιμετρικά στρώματα, η αποτελεσματική θερμική αγωγιμότητα καταρρέει.

3. Διαρθρωτική ασυμβατότητα
   Τα μέταλλα προσθέτουν βάρος και επηρεάζουν την οπτική ευθυγράμμιση και τις επιδόσεις ραδιοσυχνοτήτων.

4. Θερμική νοοτροπία
   Αυτά τα υλικά είναι προσαρτημέναΜετάΤο σχέδιο του συστήματος, αντί να ενσωματωθεί σε αυτό.

Με άλλα λόγια, τα παραδοσιακά υλικά προσπαθούν να αφαιρέσουν τη θερμότητα αφού συσσωρευτεί, αντί να αποτρέψουν την δημιουργία θερμικών σημείων.

3. SiC Wafers: ένας μη-ενστικτώδης υποψήφιος

Με την πρώτη ματιά, το SiC φαίνεται να είναι ακατάλληλο για φορητά.

• Δύσκολο.

• Τεχνική

• Ακριβές

• Παραδοσιακά συνδεδεμένες με συσκευές ισχύος σε επίπεδο κιλοβατ

Ωστόσο, από φυσική άποψη, το SiC διαθέτει έναν σπάνιο συνδυασμό ιδιοτήτων που ευθυγραμμίζονται μοναδικά με τις θερμικές προκλήσεις της AR:

• Θερμική αγωγιμότητα: ~ 400·490 W/m·K

• Ισοτροπική μεταφορά θερμότητας

• Υψηλή μηχανική δυσκαμψία

• Εξαιρετική θερμική σταθερότητα

• Ηλεκτρική μόνωση (σε ημιμονωτικές κλάσεις)

Το SiC διατηρεί υψηλές θερμικές επιδόσεις ακόμη και σε πολύ μικρά πάχους, όπου τα μέταλλα και το γραφίτη συχνά αποτυγχάνουν.

4. Από “Θερματοχύτη” σε “Θερμικό Πεδίο”

Η βασική καινοτομία δεν είναι η χρήση του SiC ως παραδοσιακού απορροφητήρα θερμότητας, αλλά ως θερμικό επίπεδο.

Αντί να απομακρύνεται η θερμότητα κατακόρυφα, μπορεί να τοποθετηθεί μια λεπτή πλάκα SiC:

• Κάτω από ένα AR SoC

• Μέσα σε μια στοίβα οπτικών μοντέλων

• Μέρος του φορητού φακού ή του δομικού πλαισίου

Σε αυτόν τον ρόλο, η πλάκα SiC λειτουργεί ως δισδιάστατος εξισωτής θερμότητας, εξαπλώντας γρήγορα την τοπική θερμότητα σε μια μεγαλύτερη περιοχή πριν οι θερμοκρασίες αυξηθούν.

Αυτό αναδιαμορφώνει τον θερμικό σχεδιασμό από το "πώς να απορρίπτεται η θερμότητα" στο πώς να αποφεύγεται ο σχηματισμός καυτών σημείων.

5Δομική θερμική ολοκλήρωση: μια νέα φιλοσοφία σχεδιασμού

Ένα από τα πιο διαταρακτικά χαρακτηριστικά του SiC είναι ότι μπορεί να εξυπηρετεί πολλαπλές λειτουργίες ταυτόχρονα:

• Μηχανική υποστήριξη

• Θερμική εξάπλωση

• Ηλεκτρική μόνωση

• Σταθερότητα διαστάσεων για οπτική ευθυγράμμιση

Στα γυαλιά AR, όπου κάθε κυβικό χιλιοστόμετρο έχει σημασία, αυτή η πολυλειτουργικότητα είναι μετασχηματιστική.

Με την αντικατάσταση πολλαπλών διακριτών εξαρτημάτων - μεταλλικών πλαισίων, θερμοδιαχέσεων, μονωτικών στρωμάτων - με μία μόνο πλακέτα ή πλάκα SiC, οι σχεδιαστές μειώνουν:

• Αριθμός μερών

• Θερμική αντίσταση διεπαφής

• Μονάδα σύνθεσης

• Βάρος

Αυτό δεν είναι αυξητική βελτιστοποίηση, είναι απλούστευση σε επίπεδο συστήματος.

6Οπτική και ηλεκτρονική συμβατότητα

Σε αντίθεση με τα μέταλλα, το SiC εισάγει ελάχιστες ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές και είναι συμβατό με:

• Άντενες ραδιοσυχνοτήτων

• Οπτικοί κυματοδηγοί

• Μονούλες μικρο-LED και μικρο-OLED

Οι ημιμονωτικές κλάσεις SiC επιτρέπουν περαιτέρω την ενσωμάτωση κοντά σε ευαίσθητα αναλογικά και ψηφιακά κυκλώματα χωρίς παρασιτικές επιδράσεις.

Σε ορισμένες πειραματικές αρχιτεκτονικές, τα υπόστρωμα SiC διερευνούνται ακόμη και ως πλατφόρμες συμπαρασκευής, υποστηρίζοντας τόσο τη θερμική διαχείριση όσο και τη διαδρομή διασύνδεσης.

7Αξιοπιστία και μακροπρόθεσμη σταθερότητα

Ο θερμικός κύκλος είναι ένας σιωπηλός δολοφόνος στις συσκευές AR. Οι επαναλαμβανόμενοι κύκλοι θέρμανσης και ψύξης μπορούν να προκαλέσουν:

• Οπτική παραστροφή

• Αποστρωματισμός

• Μικροσπάσιμο σε πολυμερή

Ο χαμηλός συντελεστής θερμικής διαστολής και η υψηλή δυσκαμψία του SiC ̇ βοηθούν στη διατήρηση της δομικής ακεραιότητας κατά τη διάρκεια μακροχρόνιων περιόδων χρήσης, ειδικά υπό βαριά φορτία εργασίας.

Αυτό τοποθετεί το SiC όχι μόνο ως παράγοντα επιδόσεων, αλλά και ως υλικό αξιοπιστίας.

8Το κόστος: Το τελευταίο εμπόδιο και γιατί πέφτει

Ιστορικά, τα πλακίδια SiC ήταν απαγορευτικά ακριβά για τα καταναλωτικά ηλεκτρονικά.

• Επέκταση της παραγωγής πλακών SiC 6 και 8 ιντσών

• Βελτιώσεις της απόδοσης λόγω της ζήτησης από την αυτοκινητοβιομηχανία

• Τεχνολογίες αραίωσης και κοπής προσαρμοσμένες από την ηλεκτρονική ισχύ

Στα γυαλιά AR, η απαιτούμενη περιοχή SiC είναι μικρή, συχνά ένα κλάσμα ενός πλήρους πλακιδίου, καθιστώντας το κόστος αποδεκτό όταν παρατηρείται σε επίπεδο συστήματος.

Όταν το SiC αντικαθιστά πολλά εξαρτήματα, το συνολικό κόστος BOM μπορεί να γίνει ανταγωνιστικό, όχι υψηλότερο.

9Τι σηματοδοτεί αυτό για το μέλλον του AR Hardware

Η υιοθέτηση των πλακών SiC στη θερμική διαχείριση AR σηματοδοτεί μια ευρύτερη μετατόπιση:

Τα γυαλιά AR δεν σχεδιάζονται πλέον σαν μικροσκοπικά τηλέφωνα.
Σχεδιάζονται σαν ολοκληρωμένα φυσικά συστήματα, όπου τα υλικά καθορίζουν την αρχιτεκτονική.

Καθώς τα φορτία εργασίας της τεχνητής νοημοσύνης αυξάνονται και οι παράγοντες σχήματος συρρικνώνονται περαιτέρω, τα υλικά που συνδυάζουν θερμικούς, μηχανικούς και ηλεκτρικούς ρόλους θα καθορίσουν την επόμενη γενιά φορητών υπολογιστών.

Το SiC είναι ένα από τα πρώτα υλικά που ξεπερνά αυτό το όριο.

Συμπέρασμα: Όταν τα υλικά γίνονται αρχιτεκτονική

Η πιο σημαντική γνώση δεν είναι ότι το SiC οδηγεί καλά τη θερμότητα.
Είναι ότι το SiC επιτρέπει στη θερμική διαχείριση να μετακινηθεί προς τα πάνω από τα αξεσουάρ στην αρχιτεκτονική.

Στα γυαλιά AR, όπου κάθε γραμμάριο, κάθε χιλιοστόμετρο και κάθε βαθμός έχει σημασία, αυτή η αλλαγή μπορεί να αποδειχθεί αποφασιστική.