Trend vývoja materiálu tepelného rozhrania
Vysoké teploty môžu mať škodlivé účinky na stabilitu, spoľahlivosť a životnosť elektronických komponentov. Medzi elektronickými komponentmi a chladičmi sú často malé medzery, čo vedie k tomu, že skutočná kontaktná plocha predstavuje iba 10 % základnej plochy chladiča, čo vážne bráni prenosu tepla. Použitie materiálu tepelného rozhrania na vyplnenie medzier môže výrazne znížiť kontaktný tepelný odpor a zabezpečiť, aby sa teplo generované vykurovacími elektronickými komponentmi odvádzalo včas.
S príchodom éry internetu vecí sa integrácia elektronických produktov neustále zlepšuje. Zavedenie vysokofrekvenčných signálov a modernizácia hardvérových komponentov navyše viedli k zdvojnásobeniu počtu pripojených zariadení a antén, čo má za následok neustále zvyšovanie spotreby energie a rýchly nárast tvorby tepla. Materiál tepelného rozhrania má vynikajúcu tepelnú vodivosť a silnú prispôsobivosť k životnému prostrediu, čo poskytuje silnú pomoc pri vysokej integrácii a miniaturizácii zariadení a očakáva sa, že sa stanú najviac rušivými a transformačnými riešeniami tepelného manažmentu.
Pokiaľ ide o priemysel, elektronický priemysel, reprezentovaný tromi horúcimi sektormi, kladie čoraz viac požiadaviek na pokročilé systémy tepelného manažmentu a materiál tepelného rozhrania:
Inteligentná spotrebná elektronika:Elektronické produkty smartfónov a tabletov majú pevnú a vysoko integrovanú štruktúru a neustále zlepšovanie hustoty tepelného toku kladie čoraz vyššie požiadavky na systémy riadenia tepla.
Komunikačné vybavenie:Komunikačné zariadenia sú čoraz zložitejšie, spotreba energie sa zvyšuje a tepelná hodnota rýchlo stúpa, čo prinesie obrovský nárast dopytu po materiáli tepelného rozhrania.
Automobilová elektronika:na jednej strane je pracovná teplota elektronického riadiaceho modulu motora, zapaľovacieho modulu, výkonového modulu a rôznych snímačov extrémne vysoká; na druhej strane, kapacita batérie nových energetických vozidiel je obrovská a tradičné vzduchové a vodné chladenie nestačí na to, aby sa vyrovnalo s obrovským rozptylom tepla. Existuje naliehavý a personalizovaný dopyt po materiáli tepelného rozhrania.
Okrem toho zariadenia používané v letectve, kozmonautike, armáde a iných oblastiach zvyčajne potrebujú pracovať v drsnom prostredí, ako je vysoká frekvencia, vysoké napätie, vysoký výkon a extrémne teploty, a vyžadujú si vysokú spoľahlivosť, dlhý bezporuchový pracovný čas a extrémne vysoké komplexné požiadavky na výkon materiálov na odvádzanie tepla.
Podľa výskumných údajov BCC sa veľkosť globálneho trhu s materiálom na tepelné rozhranie zvýšila zo 716 miliónov dolárov v roku 2014 na 937 miliónov dolárov v roku 2018, pričom zložená ročná miera rastu bola 7,4 %. Očakáva sa, že veľkosť trhu dosiahne v roku 2021 1,08 miliardy dolárov. Medzi nimi ázijsko-pacifický región presiahne 812 miliónov amerických dolárov, Európa približne 113 miliónov amerických dolárov, Severná Amerika približne 101 miliónov amerických dolárov a ostatné regióny približne 54 miliónov amerických dolárov.
Kompozity na báze tepelne vodivých polymérov majú výhody nízkej hustoty, vynikajúcich dielektrických vlastností, nízkych cien surovín a ľahkého spracovania, ale tepelná vodivosť tepelne vodivých kompozitov na báze polymérov je relatívne nízka. Anorganické nano materiály, ako je oxid hlinitý, nitrid hliníka, karbid kremíka, nitrid bóru a uhlíkové nanorúrky, môžu účinne zlepšiť tepelnú vodivosť polymérnych materiálov, ale anorganické plnivá spôsobia, že polymérne materiály budú krehké a tvrdé. V súčasnosti neexistuje dobré riešenie tohto problému a medzinárodný a domáci trh sú v podstate na rovnakej ceste.
Ideálny materiál tepelného rozhrania by mal mať nasledujúce vlastnosti: vysoká tepelná vodivosť, vysoká flexibilita, povrchová zmáčavosť, správna viskozita, vysoká tlaková citlivosť, dobrá tepelná stabilita a stabilita chladného cyklu, opakovane použiteľné atď. Preto je potrebné riešiť ďalšie problémy:
Po prvé, pri navrhovaní kompozitov na báze polymérov je potrebný pokročilejší dizajn výstuže na zlepšenie tepelnej vodivosti pri súčasnom zabezpečení mechanických vlastností;
Po druhé, pokiaľ ide o prípravu a spracovanie materiálu, je potrebné zlepšiť spojenie medzi plnivami, výstužami a matricou, aby sa získala ideálna konfigurácia kompozitného materiálu;
Po tretie, pokiaľ ide o základný teoretický výskum, je potrebné ďalej porozumieť viacúrovňovej fonónovej tepelnej vodivosti, nosnému vodivému mechanizmu, fonónovému elektrónovému väzbovému mechanizmu, komplexnému elektrónovému a fonónovému transportnému mechanizmu na rozhraní atď., aby sme poskytli teoretický základ pre dizajn materiálu tepelného rozhrania.
