Vývojový trend materiálu tepelného rozhraní
Vysoké teploty mohou mít škodlivé účinky na stabilitu, spolehlivost a životnost elektronických součástek. Mezi elektronickými součástkami a chladiči jsou často malé mezery, což vede k tomu, že skutečná kontaktní plocha činí pouze 10 % základní plochy chladiče, což vážně brání přenosu tepla. Použití materiálu tepelného rozhraní k vyplnění mezer může výrazně snížit kontaktní tepelný odpor a zajistit, že teplo generované ohřívacími elektronickými součástmi bude včas odvedeno.
S příchodem éry internetu věcí se integrace elektronických produktů stále zlepšuje. Zavedení vysokofrekvenčních signálů a modernizace hardwarových komponent navíc vedlo ke zdvojnásobení počtu připojených zařízení a antén, což má za následek neustálý nárůst spotřeby energie a rychlý nárůst produkce tepla. Materiál tepelného rozhraní má vynikající tepelnou vodivost a silnou přizpůsobivost prostředí, což poskytuje účinnou pomoc pro vysokou integraci a miniaturizaci zařízení a očekává se, že se stanou nejvíce rušivými a transformačními řešeními tepelného managementu.
Pokud jde o průmysl, elektronický průmysl, reprezentovaný třemi horkými sektory, klade stále více požadavků na pokročilé systémy tepelného managementu a materiál tepelného rozhraní:
Inteligentní spotřební elektronika:Elektronické produkty chytrých telefonů a tabletů mají pevnou a vysoce integrovanou strukturu a neustálé zlepšování hustoty tepelného toku klade stále vyšší požadavky na systémy řízení tepla.
Komunikační zařízení:komunikační zařízení se stávají stále složitějšími, spotřeba energie se zvyšuje a tepelná hodnota rychle roste, což přinese obrovskou rostoucí poptávku po materiálu tepelného rozhraní.
Automobilová elektronika:na jedné straně je pracovní teplota elektronického řídicího modulu motoru, zapalovacího modulu, výkonového modulu a různých senzorů extrémně vysoká; na druhou stranu je baterie nových energetických vozidel obrovská a tradiční vzduchové a vodní chlazení nestačí na to, aby se vyrovnalo s obrovským rozptylem tepla. Existuje naléhavá a personalizovaná poptávka po materiálu tepelného rozhraní.
Kromě toho zařízení používaná v letectví, kosmonautice, armádě a dalších oblastech obvykle potřebují pracovat v drsných prostředích, jako je vysoká frekvence, vysoké napětí, vysoký výkon a extrémní teploty, a vyžadují vysokou spolehlivost, dlouhou bezporuchovou pracovní dobu a extrémně vysoké komplexní požadavky na výkon materiálů pro odvod tepla.
Podle údajů z výzkumu BCC se velikost globálního trhu s materiálem pro tepelné rozhraní zvýšila ze 716 milionů dolarů v roce 2014 na 937 milionů dolarů v roce 2018, se složenou roční mírou růstu 7,4 %. Očekává se, že velikost trhu dosáhne v roce 2021 1,08 miliardy dolarů. Mezi nimi asijsko-pacifický region přesáhne 812 milionů amerických dolarů, Evropa přibližně 113 milionů amerických dolarů, Severní Amerika přibližně 101 milionů amerických dolarů a ostatní regiony přibližně 54 milionů americké dolary.
Kompozity na bázi tepelně vodivých polymerů mají výhody nízké hustoty, vynikajících dielektrických vlastností, nízkých cen surovin a snadného zpracování, ale tepelná vodivost tepelně vodivých kompozitů na bázi polymeru je relativně nízká. Anorganické nano materiály, jako je oxid hlinitý, nitrid hliníku, karbid křemíku, nitrid boru a uhlíkové nanotrubičky, mohou účinně zlepšit tepelnou vodivost polymerních materiálů, ale anorganická plniva způsobí, že polymerní materiály budou křehké a tvrdé. V současné době neexistuje dobré řešení tohoto problému a mezinárodní a domácí trh jsou v podstatě na stejné koleji.
Ideální materiál tepelného rozhraní by měl mít následující vlastnosti: vysoká tepelná vodivost, vysoká flexibilita, smáčivost povrchu, správná viskozita, vysoká citlivost na tlak, dobrá stabilita tepelného a studeného cyklu, opakované použití atd. Proto je třeba řešit další problémy:
Za prvé, při navrhování kompozitů na bázi polymerů je zapotřebí pokročilejšího návrhu vyztužení pro zlepšení tepelné vodivosti při současném zajištění mechanických vlastností;
Za druhé, pokud jde o přípravu a zpracování materiálu, je nutné zlepšit spojení mezi plnivy, výztuhami a matricí pro získání ideální konfigurace kompozitního materiálu;
Za třetí, pokud jde o základní teoretický výzkum, je nutné dále porozumět víceúrovňovému vedení fononového tepla, mechanismu vedení nosiče, mechanismu vazby fononových elektronů, komplexnímu mechanismu přenosu elektronů a fononů na rozhraní atd., abychom poskytli teoretický základ pro design materiálu tepelného rozhraní.
