Trend razvoja materijala toplinskog sučelja
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% osnovne površine hladnjaka, što ozbiljno ometa prijenos topline. Upotreba materijala za toplinsko sučelje za popunjavanje praznina može značajno smanjiti kontaktni toplinski otpor 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 velikom disipacijom 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 greške 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%. Očekuje se da će veličina tržišta dosegnuti 1,08 milijardi dolara u 2021. Među njima, regija Azije i Pacifika 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 američkih dolara.
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 međupovršini, itd., kako bi se pružila teorijska osnova za dizajn materijala toplinskog sučelja.
