Thermische principes en verbeteringsstrategieën van thermische interfacematerialen
Met de ontwikkeling van moderne elektronische apparaten in de richting van miniaturisatie, hoge vermogensdichtheid en hoge integratie is het warmtedissipatieprobleem van elektronische apparaten een sleutelfactor geworden die de levensduur en prestaties van apparaten beïnvloedt, vooral op het gebied van 5G. Daarom zijn betere oplossingen voor thermisch beheer nodig om dit probleem op te lossen. Over het algemeen moet de door elektronische apparaten gegenereerde warmte worden overgebracht naar het oppervlak van het koellichaam, en het vullen van thermische interfacematerialen (TIM's) tussen het elektronische apparaat en het koellichaam kan de warmteoverdrachtscapaciteit maximaliseren.
TIM's bestaan voornamelijk uit organische matrices en anorganische vulstoffen. Daarom zal de algehele thermische geleidbaarheid van TIM's worden bepaald door de thermische geleidbaarheid van polymeren en anorganische vulstoffen, de thermische grensvlakweerstand van polymeren en anorganische vulstoffen, en de thermische grensvlakweerstand tussen de contactoppervlakken van anorganische vulstoffen. De thermische geleidbaarheid wordt voornamelijk bepaald door elektronen en/of fononen, en de door de chip gegenereerde warmte wordt via Tims naar het koellichaam overgebracht, waardoor de circulatie van het warmtedissipatiesysteem wordt bereikt en elektronische apparaten worden gekoeld.
Elektronische warmtegeleiding komt vooral voor in geleidende warmtegeleidende materialen. Wanneer deze materialen zich in een onevenwichtige omgeving bevinden, zullen elektronen van hoge naar lage temperaturen diffunderen, waardoor overeenkomstige stromen en warmtestromen worden gegenereerd, wat resulteert in elektronische warmtegeleiding. In media en niet-geleidende polymeren is de warmtegeleiding gewoonlijk fonon-warmtegeleiding. Wanneer één kant van dit type materiaal wordt verwarmd, trilt het rooster van het materiaal en wordt de overeenkomstige trilling overgebracht naar aangrenzende atomen, wat resulteert in de overdracht van warmtestroom in het materiaal. Meestal zijn de TIM's die we tegenkomen van dit type. Als onderdeel van TIM's hebben anorganische niet-metalen vulstoffen een relatief regelmatige roosterverdeling, en fononen kunnen zich voortplanten in de roosterrichting, waarbij ze vaak een uitstekende thermische geleidbaarheid vertonen; In een ander belangrijk onderdeel van polymeer zijn polymeerketens met elkaar verweven en geleiden ze geen hogesnelheidsfononen. Deze fononen zijn sterk verspreid aan het grensvlak van de polymeerketen, wat resulteert in een significante vermindering van de fononstroom en een afname van de thermische geleidbaarheid. Daarom is het verminderen van de verstrooiing van fononen bijzonder belangrijk voor het verbeteren van de thermische geleidbaarheid.
De conventionele methode voor het construeren van TIM's is het gebruik van anorganische vulstoffen met een hoge thermische geleidbaarheid. Vanwege de lage thermische geleidbaarheid van polymeerpolymeren is de algehele thermische geleidbaarheid van op deze manier geconstrueerde TIM's echter vaak niet ideaal vanwege hun thermische weerstand op het grensvlak met anorganische vulstoffen. Daarom zijn het verminderen van de thermische grensweerstand tussen anorganische vulstoffen en polymeer, anorganische vulstoffen en anorganische vulstoffen, en het construeren van thermische geleidbaarheidsroutes, of het in aanmerking nemen van beide, de richting geworden voor het verbeteren van de thermische geleidbaarheid van TIM's.
De miniaturisatie en het hoge vermogen van elektronische producten en apparatuur vereisen dat de thermische geleidbaarheid van warmtegeleidende materialen ook voortdurend moet worden verbeterd. Daarom zijn een hoge thermische geleidbaarheid, uitstekende thixotropie en goede opslagstabiliteit de belangrijkste onderzoeks- en ontwikkelingsrichtingen van thermisch geleidende materialen.
