Termiske prinsipper og forbedringsstrategier for termiske grensesnittmaterialer
Med utviklingen av moderne elektroniske enheter mot miniatyrisering, høy effekttetthet og høy integrasjon, har varmespredningsproblemet til elektroniske enheter blitt en nøkkelfaktor som påvirker levetiden og ytelsen til enhetene, spesielt i 5G-feltet. Derfor er det nødvendig med bedre varmestyringsløsninger for å løse dette problemet. Generelt sett må varmen som genereres av elektroniske enheter overføres til overflaten av kjøleribben, og å fylle termiske grensesnittmaterialer (TIM) mellom den elektroniske enheten og kjøleribben kan maksimere varmeoverføringskapasiteten.
TIM-er er hovedsakelig sammensatt av organiske matriser og uorganiske fyllstoffer. Derfor vil den generelle termiske ledningsevnen til TIM-er bestemmes av den termiske ledningsevnen til polymerer og uorganiske fyllstoffer, grensesnittets termiske motstand til polymerer og uorganiske fyllstoffer, og grensesnittets termiske motstand mellom kontaktflatene til uorganiske fyllstoffer. Den termiske ledningsevnen bestemmes hovedsakelig av elektroner eller/og fononer, og varmen som genereres av brikken overføres til kjøleribben gjennom Tims, og oppnår dermed sirkulasjon av varmespredningssystemet og kjøling av elektroniske enheter.
Elektronisk varmeledning skjer hovedsakelig i ledende varmeledende materialer. Når disse materialene er i et ubalansert miljø, vil elektroner diffundere fra høye til lave temperaturer, og generere tilsvarende strømmer og varmestrømmer, noe som resulterer i elektronisk varmeledning. I medier og ikke-ledende polymerer er varmeledning vanligvis fononvarmeledning. Når den ene siden av denne typen materiale varmes opp, vibrerer materialets gitter, og den tilsvarende vibrasjonen overføres til tilstøtende atomer, noe som resulterer i overføring av varmestrøm i materialet. Vanligvis er TIM-er vi møter av denne typen. Som en komponent av TIM-er har uorganiske ikke-metalliske fyllstoffer en relativt regelmessig gitterfordeling, og fononer kan forplante seg langs gitterretningen, og viser ofte utmerket varmeledningsevne; I en annen viktig komponent av polymer er polymerkjeder sammenvevd og leder ikke høyhastighetsfononer. Disse fononene er sterkt spredt ved polymerkjedegrensesnittet, noe som resulterer i en betydelig reduksjon i fononstrøm og en reduksjon i termisk ledningsevne. Derfor er det spesielt viktig å redusere spredningen av fononer for å forbedre termisk ledningsevne.
Den konvensjonelle metoden for å konstruere TIM er å bruke uorganiske fyllstoffer med høy varmeledningsevne. På grunn av den lave termiske ledningsevnen til polymerpolymerer, er den generelle termiske ledningsevnen til TIM-er konstruert på denne måten ofte ikke ideell på grunn av deres grensesnitt termisk motstand med uorganiske fyllstoffer. Derfor har det å redusere grensesnittets termiske motstand mellom uorganiske fyllstoffer og polymer, uorganiske fyllstoffer og uorganiske fyllstoffer, og å konstruere termiske konduktivitetsveier, eller ta hensyn til begge, blitt retningen for å forbedre den termiske konduktiviteten til TIM.
Miniatyriseringen og den høye kraften til elektroniske produkter og utstyr krever at den termiske ledningsevnen til varmeledende materialer også kontinuerlig forbedres. Derfor er høy termisk ledningsevne, utmerket tiksotropi og god lagringsstabilitet den viktigste forsknings- og utviklingsretningen for varmeledende materialer.
