大学生创新创业训练计划管理系统
2025年度大学生创新创业训练计划
基于微观层面的电子芯片导热性能研究
创新训练项目
工学
化工与制药类
一年半期
化工学院
丛梅
指导教师
丛梅：
主要从事化工原理教学工作，也承担和参与横向科研开发项目，包括
1 N-甲基牛磺酸钠合成工艺探索研究；
2 马来酸二甲酯连续化绿色小试技术研究；
3 一种连续化生产PBTCA工业装置开发研究。
黄永民：
基础加强计划子课题，基于细观尺度的XXX损伤演化机理模拟及预示
我将从以下几个方面给予支持：
第一，研究模型的构建：指导学生基于格子弹簧模型构建电子芯片微观结构的导热模型。在这个过程中，关注学生对微观结构的理解和把握，确保模型能够准确反映芯片的实际情况。指导学生通过查阅文献、实验测量等方法获取合理的参数值，并对参数进行敏感性分析，以了解其对模拟结果的影响。
第二，数值模拟与实验验证：指导学生进行数值模拟计算，选择合适的数值求解算法，并对算法进行优化，以提高计算效率和精度。及时发现并解决模拟过程中出现的问题。
第三，结果分析：指导学生对模拟结果和实验数据进行深入分析，从微观层面揭示电子芯片的导热规律和机制。帮助学生总结研究成果，提炼创新点，形成清晰的研究结论。
第四，指导学生撰写学术论文，支持学生参加学术会议。
随着信息技术的迅猛发展以及 AI 大模型的广泛普及，电子芯片的应用范围不断扩大。AI 大模型促使芯片算力得以升级，芯片性能持续提升，与此同时，单位时间内的产热量也日益增多，芯片功耗急剧增加。能否及时且有效地将芯片工作时产生的热量散发出去，直接关乎芯片的工作性能、寿命以及可靠性。
在我国“碳达峰、碳中和”目标以及《2030 年前碳达峰行动方案》等文件中，政府明确提出降低数据中心 PUE 以及提高能效的具体措施，为电子信息产业的节能减排指明了方向，也为芯片散热技术的发展注入了强劲动力。数据中心作为算力核心，其能耗问题愈发严重。在“东数西算”战略的驱动下，数据中心西迁以降低能耗与成本，这对芯片散热管理提出了更高要求。
鉴于此，基于格子-弹簧模型，开发适用于细观尺度的复合材料换热数值仿真方法，对芯片内部的导热过程展开研究，揭示芯片工作过程中的内部热流传导过程及其影响规律，为芯片的开发以及散热设计提供理论支撑至关重要。
主要研究内容：
一、电子芯片材料微观结构的格子弹簧模型构建
（1）针对不同类型的电子芯片材料（如硅基材料、化合物半导体材料等），建立相应的格子弹簧模型。考虑材料的晶体结构、缺陷和界面等微观结构特征，确定合理的节点和弹簧参数，构建能够准确反映材料微观结构的模型。
（2）通过与实验数据或其他可靠的理论模型进行对比验证，优化模型的参数设置和结构形式，确保模型的准确性和可靠性。
二、微观结构对导热性能的影响研究
（1）分析不同晶向的热传导性能差异，通过模拟不同晶向的晶格振动和热传导过程，探讨晶体结构的对称性、原子排列方式等因素对导热性能的影响机制。
（2）分析界面粗糙度、界面化学键的强度等因素对界面热传导的影响，通过改变模型中的界面参数，观察热导率的变化规律，探讨优化界面结构以提高导热性能的方法。