Principii termice și strategii de îmbunătățire a materialelor de interfață termică
Odată cu dezvoltarea dispozitivelor electronice moderne către miniaturizare, densitate mare de putere și integrare ridicată, problema disipării căldurii a dispozitivelor electronice a devenit un factor cheie care afectează durata de viață și performanța dispozitivelor, în special în domeniul 5G. Prin urmare, sunt necesare soluții mai bune de management termic pentru a rezolva această problemă. În general, căldura generată de dispozitivele electronice trebuie să fie transferată pe suprafața radiatorului, iar umplerea materialelor de interfață termică (TIM) între dispozitivul electronic și radiatorul poate maximiza capacitatea de transfer de căldură.
TIM-urile sunt compuse în principal din matrici organice și materiale de umplutură anorganice. Prin urmare, conductivitatea termică globală a TIM-urilor va fi determinată de conductivitatea termică a polimerilor și a materialelor de umplutură anorganice, rezistența termică interfațală a polimerilor și materialele de umplutură anorganice și rezistența termică interfațală dintre suprafețele de contact ale materialelor de umplutură anorganice. Conductivitatea termică este determinată în principal de electroni sau/și fononi, iar căldura generată de cip este transferată către radiatorul prin Tims, realizându-se astfel circulația sistemului de disipare a căldurii și a dispozitivelor electronice de răcire.
Conducerea electronică a căldurii are loc în principal în materiale conductoare termic conductoare. Atunci când aceste materiale se află într-un mediu dezechilibrat, electronii vor difuza de la temperaturi ridicate la temperaturi scăzute, generând curenți și fluxuri de căldură corespunzătoare, rezultând o conducere electronică a căldurii. În medii și polimeri neconductivi, conducția căldurii este de obicei conducție de căldură fonică. Când o parte a acestui tip de material este încălzită, rețeaua materialului vibrează, iar vibrația corespunzătoare este transmisă atomilor adiacenți, rezultând transferul fluxului de căldură în material. De obicei, TIM-urile pe care le întâlnim sunt de acest tip. Ca o componentă a TIM-urilor, materialele de umplutură anorganice nemetalice au o distribuție a rețelei relativ regulată, iar fononii se pot propaga de-a lungul direcției rețelei, prezentând adesea o conductivitate termică excelentă; Într-o altă componentă importantă a polimerului, lanțurile polimerice sunt împletite și nu conduc fononii de mare viteză. Acești fononi sunt foarte dispersați la interfața lanțului polimeric, rezultând o reducere semnificativă a fluxului de fonon și o scădere a conductivității termice. Prin urmare, reducerea împrăștierii fononilor este deosebit de importantă pentru îmbunătățirea conductibilității termice.
Metoda convențională pentru construirea TIM-urilor este utilizarea materialelor de umplutură anorganice cu conductivitate termică ridicată. Cu toate acestea, din cauza conductivității termice scăzute a polimerilor polimeri, conductivitatea termică generală a TIM-urilor construite în acest fel nu este adesea ideală din cauza rezistenței termice a interfeței lor cu umpluturi anorganice. Prin urmare, reducerea rezistenței termice interfațale dintre umpluturi anorganice și polimer, umpluturi anorganice și materiale de umplutură anorganice și construirea căilor de conductivitate termică, sau luarea în considerare a ambelor, au devenit direcția de îmbunătățire a conductibilității termice a TIM-urilor.
Miniaturizarea și puterea mare a produselor și echipamentelor electronice necesită îmbunătățirea constantă a conductivității termice a materialelor termoconductoare. Prin urmare, conductivitatea termică ridicată, tixotropia excelentă și stabilitatea bună la depozitare sunt cea mai importantă direcție de cercetare și dezvoltare a materialelor termoconductoare.
