Tendenza di sviluppo del materiale di interfaccia termica
Le alte temperature possono avere effetti dannosi sulla stabilità, affidabilità e durata dei componenti elettronici. Spesso ci sono piccoli spazi tra i componenti elettronici e i dissipatori di calore, che danno come risultato un'area di contatto effettiva pari solo al 10% dell'area di base del dissipatore di calore, il che ostacola seriamente il trasferimento di calore. L'uso di materiale di interfaccia termica per colmare gli spazi vuoti può ridurre significativamente la resistenza termica di contatto e garantire che il calore generato dai componenti elettronici di riscaldamento venga scaricato in tempo.
Con l’avvento dell’era dell’Internet delle cose, l’integrazione dei prodotti elettronici continua a migliorare. Inoltre, l’introduzione dei segnali ad alta frequenza e l’aggiornamento dei componenti hardware hanno portato a un raddoppio del numero di dispositivi e antenne collegati, con conseguente aumento continuo del consumo energetico e un rapido aumento della generazione di calore. I materiali dell'interfaccia termica hanno un'eccellente conduttività termica e una forte adattabilità ambientale, che forniscono un potente aiuto per l'elevata integrazione e miniaturizzazione delle apparecchiature e si prevede che diventeranno le soluzioni di gestione termica più dirompenti e trasformative.
In termini industriali, l’industria elettronica, rappresentata dai tre settori caldi, presenta sempre più richieste di sistemi avanzati di gestione termica e materiali di interfaccia termica:
Elettronica di consumo intelligente:I prodotti elettronici di smartphone e tablet hanno una struttura compatta e altamente integrata e il continuo miglioramento della densità del flusso di calore ha posto requisiti sempre più elevati per i sistemi di gestione del calore.
Apparecchiature di comunicazione:le apparecchiature di comunicazione stanno diventando sempre più complesse, il consumo di energia è in aumento e il valore del calore sta aumentando rapidamente, il che porterà un'enorme domanda incrementale di materiale di interfaccia termica.
Elettronica automobilistica:da un lato, la temperatura di lavoro del modulo di controllo elettronico del motore, del modulo di accensione, del modulo di potenza e di vari sensori è estremamente elevata; D'altra parte, la potenza della batteria dei veicoli a nuova energia è enorme e il tradizionale raffreddamento ad aria e ad acqua non sono sufficienti per far fronte all'enorme dissipazione del calore. Esiste una richiesta urgente e personalizzata di materiale per interfacce termiche.
Inoltre, i dispositivi utilizzati nei campi aeronautico, aerospaziale, militare e in altri campi solitamente devono funzionare in ambienti difficili come alta frequenza, alta tensione, alta potenza e temperature estreme e richiedono elevata affidabilità, lungo tempo di funzionamento senza guasti ed estremamente requisiti prestazionali elevati e completi per i materiali di dissipazione del calore.
Secondo i dati della ricerca BCC, la dimensione del mercato globale dei materiali di interfaccia termica è aumentata da 716 milioni di dollari nel 2014 a 937 milioni di dollari nel 2018, con un tasso di crescita annuo composto del 7,4%. Si prevede che la dimensione del mercato raggiungerà 1,08 miliardi di dollari nel 2021. Tra questi, la regione dell'Asia Pacifico supererà gli 812 milioni di dollari USA, l'Europa circa 113 milioni di dollari USA, il Nord America circa 101 milioni di dollari USA e altre regioni circa 54 milioni di dollari USA. dollari americani.
I compositi termoconduttivi a base polimerica presentano i vantaggi di bassa densità, eccellenti proprietà dielettriche, bassi prezzi delle materie prime e facilità di lavorazione, ma la conduttività termica dei compositi termoconduttivi a base polimerica è relativamente bassa. I nanomateriali inorganici come l'ossido di alluminio, il nitruro di alluminio, il carburo di silicio, il nitruro di boro e i nanotubi di carbonio possono migliorare efficacemente la conduttività termica dei materiali polimerici, ma i riempitivi inorganici renderanno i materiali polimerici fragili e duri. Al momento non esiste una buona soluzione a questo problema e i mercati internazionale e nazionale sono sostanzialmente sulla stessa strada.
Il materiale dell'interfaccia termica ideale dovrebbe avere le seguenti caratteristiche: elevata conduttività termica, elevata flessibilità, bagnabilità superficiale, viscosità adeguata, sensibilità all'alta pressione, buona stabilità termica e al ciclo freddo, riutilizzabile, ecc. Pertanto, è necessario affrontare ulteriori questioni:
In primo luogo, nella progettazione di compositi a base polimerica, è necessaria una progettazione di rinforzo più avanzata per migliorare la conduttività termica garantendo al tempo stesso le proprietà meccaniche;
In secondo luogo, in termini di preparazione e lavorazione del materiale, è necessario migliorare il legame di interfaccia tra riempitivi, rinforzi e matrice per ottenere una configurazione ideale del materiale composito;
In terzo luogo, in termini di ricerca teorica di base, è necessario comprendere ulteriormente la conduzione del calore fononico multiscala, il meccanismo di conduzione dei portatori, il meccanismo di accoppiamento degli elettroni fononici, il meccanismo complesso di trasporto di elettroni e fononi all'interfaccia, ecc., per fornire basi teoriche per la progettazione del materiale dell'interfaccia termica.
