Status razvoja i protumjere materijala za toplinsko sučelje
Visoke temperature mogu imati štetne učinke na stabilnost, pouzdanost i vijek trajanja elektroničkih komponenti. Često postoje mali razmaci između elektroničkih komponenti i hladnjaka, što rezultira stvarnim kontaktnim područjem od samo 10 posto osnovne površine hladnjaka, što ozbiljno ometa prijenos topline. Upotreba materijala za toplinsko sučelje za popunjavanje praznina može značajno smanjiti toplinski otpor kontakta i osigurati da se toplina koju stvaraju grijaće elektroničke komponente isprazni na vrijeme
S dolaskom ere Interneta stvari, integracija elektroničkih proizvoda nastavlja se poboljšavati. Osim toga, uvođenje visokofrekventnih signala i nadogradnja hardverskih komponenti doveli su do udvostručenja broja priključenih uređaja i antena, što je rezultiralo kontinuiranim povećanjem potrošnje energije i brzim povećanjem proizvodnje topline. Materijali toplinskog sučelja imaju izvrsnu toplinsku vodljivost i snažnu prilagodljivost okolišu, što pruža snažnu pomoć za visoku integraciju i minijaturizaciju opreme, a očekuje se da će postati najprometnija i najtransformativnija rješenja za upravljanje toplinom.
Što se tiče industrije, elektronička industrija, koju predstavljaju tri vruća sektora, postavlja sve više i više zahtjeva za naprednim sustavima upravljanja toplinom i materijalom toplinskog sučelja:
Inteligentna potrošačka elektronika:Elektronički proizvodi pametnih telefona i tableta imaju čvrstu i visoko integriranu strukturu, a stalno poboljšanje gustoće toplinskog toka postavlja sve veće zahtjeve za sustave upravljanja toplinom.
Komunikacijska oprema:komunikacijska oprema postaje sve složenija, potrošnja energije se povećava, a toplinska vrijednost brzo raste, što će donijeti veliku potražnju za materijalom za toplinsko sučelje.
Automobilska elektronika:s jedne strane, radna temperatura elektroničkog upravljačkog modula motora, modula paljenja, modula napajanja i raznih senzora je izuzetno visoka; s druge strane, snaga baterije novih energetskih vozila je ogromna, a tradicionalno hlađenje zrakom i vodeno hlađenje nisu dovoljni da bi se nosili s ogromnim rasipanjem topline. Postoji hitna i personalizirana potražnja za materijalom za toplinsko sučelje.
Osim toga, uređaji koji se koriste u zrakoplovstvu, zrakoplovstvu, vojsci i drugim poljima obično moraju raditi u teškim okruženjima kao što su visoka frekvencija, visoki napon, velika snaga i ekstremne temperature, te zahtijevaju visoku pouzdanost, dugo vrijeme rada bez kvarova i ekstremno visoki sveobuhvatni zahtjevi za performanse materijala za raspršivanje topline.
Prema podacima istraživanja BCC-a, veličina globalnog tržišta materijala za toplinsko sučelje porasla je sa 716 milijuna dolara u 2014. na 937 milijuna dolara u 2018., sa ukupnom godišnjom stopom rasta od 7,4 posto. Očekuje se da će veličina tržišta dosegnuti 1,08 milijardi dolara u 2021. Među njima, azijsko-pacifička regija premašit će 812 milijuna američkih dolara, Europa približno 113 milijuna američkih dolara, Sjeverna Amerika približno 101 milijun američkih dolara, a ostale regije približno 54 milijuna Američki dolari.
Toplinski vodljivi kompoziti na bazi polimera imaju prednosti niske gustoće, izvrsnih dielektričnih svojstava, niske cijene sirovina i jednostavne obrade, ali je toplinska vodljivost toplinski vodljivih kompozita na bazi polimera relativno niska. Anorganski nano materijali kao što su aluminijev oksid, aluminijev nitrid, silicijev karbid, bor nitrid i ugljikove nanocijevi mogu učinkovito poboljšati toplinsku vodljivost polimernih materijala, ali će anorganska punila učiniti polimerne materijale krhkim i tvrdim. Trenutačno ne postoji dobro rješenje za ovaj problem, a međunarodno i domaće tržište su u osnovi na istom putu.
Idealan materijal za toplinsko sučelje trebao bi imati sljedeće karakteristike: visoku toplinsku vodljivost, visoku fleksibilnost, mogućnost vlaženja površine, odgovarajuću viskoznost, osjetljivost na visoki tlak, dobru stabilnost toplinskog i hladnog ciklusa, mogućnost višekratne upotrebe itd. Stoga je potrebno riješiti daljnja pitanja:
Prvo, u dizajnu kompozita na bazi polimera, potreban je napredniji dizajn armature kako bi se poboljšala toplinska vodljivost uz osiguranje mehaničkih svojstava;
Drugo, u smislu pripreme i obrade materijala, potrebno je poboljšati međusklopnu vezu između punila, ojačanja i matrice kako bi se dobila idealna konfiguracija kompozitnog materijala;
Treće, u smislu temeljnog teorijskog istraživanja, potrebno je dalje razumjeti višestruko fononsko provođenje topline, mehanizam provođenja nositelja, mehanizam spajanja fononskih elektrona, složeni mehanizam transporta elektrona i fonona na sučelju, itd., kako bi se pružila teorijska osnova za dizajn materijala toplinskog sučelja.
