Principi termici e strategie di miglioramento dei materiali di interfaccia termica
Con lo sviluppo dei moderni dispositivi elettronici verso la miniaturizzazione, l'elevata densità di potenza e l'elevata integrazione, il problema della dissipazione del calore dei dispositivi elettronici è diventato un fattore chiave che influisce sulla durata e sulle prestazioni dei dispositivi, soprattutto nel campo 5G. Pertanto, per risolvere questo problema sono necessarie soluzioni di gestione termica migliori. In generale, il calore generato dai dispositivi elettronici deve essere trasferito alla superficie del dissipatore di calore e il riempimento dei materiali di interfaccia termica (TIM) tra il dispositivo elettronico e il dissipatore di calore può massimizzare la capacità di trasferimento del calore.
I TIM sono composti principalmente da matrici organiche e riempitivi inorganici. Pertanto, la conduttività termica complessiva dei TIM sarà determinata dalla conduttività termica di polimeri e riempitivi inorganici, dalla resistenza termica interfacciale di polimeri e riempitivi inorganici e dalla resistenza termica interfacciale tra le superfici di contatto dei riempitivi inorganici. La conduttività termica è determinata principalmente da elettroni e/o fononi e il calore generato dal chip viene trasferito al dissipatore di calore tramite Tim, ottenendo così la circolazione del sistema di dissipazione del calore e il raffreddamento dei dispositivi elettronici.
La conduzione elettronica del calore avviene principalmente in materiali termoconduttivi conduttivi. Quando questi materiali si trovano in un ambiente sbilanciato, gli elettroni si diffondono dalle alte alle basse temperature, generando correnti e flussi di calore corrispondenti, con conseguente conduzione elettronica del calore. Nei materiali e nei polimeri non conduttivi, la conduzione del calore è solitamente una conduzione del calore fononica. Quando un lato di questo tipo di materiale viene riscaldato, il reticolo del materiale vibra e la vibrazione corrispondente viene trasmessa agli atomi adiacenti, determinando il trasferimento del flusso di calore nel materiale. Tipicamente, i TIM che incontriamo sono di questo tipo. Come componente dei TIM, i riempitivi inorganici non metallici hanno una distribuzione reticolare relativamente regolare e i fononi possono propagarsi lungo la direzione del reticolo, spesso mostrando un'eccellente conduttività termica; In un altro componente importante del polimero, le catene polimeriche sono intrecciate e non conducono fononi ad alta velocità. Questi fononi sono altamente dispersi all'interfaccia della catena polimerica, determinando una significativa riduzione del flusso di fononi e una diminuzione della conduttività termica. Pertanto, ridurre la dispersione dei fononi è particolarmente importante per migliorare la conduttività termica.
Il metodo convenzionale per costruire TIM prevede l'utilizzo di riempitivi inorganici con elevata conduttività termica. Tuttavia, a causa della bassa conduttività termica dei polimeri polimerici, la conduttività termica complessiva dei TIM costruiti in questo modo spesso non è ideale a causa della loro resistenza termica all'interfaccia con riempitivi inorganici. Pertanto, la riduzione della resistenza termica interfacciale tra riempitivi inorganici e polimeri, riempitivi inorganici e riempitivi inorganici e la costruzione di percorsi di conduttività termica, o tenendo conto di entrambi, sono diventate la direzione per migliorare la conduttività termica dei TIM.
La miniaturizzazione e l'elevata potenza dei prodotti e delle apparecchiature elettroniche richiedono che anche la conduttività termica dei materiali termoconduttivi venga costantemente migliorata. Pertanto, l'elevata conduttività termica, l'eccellente tixotropia e la buona stabilità allo stoccaggio sono la direzione più importante di ricerca e sviluppo dei materiali termoconduttivi.
