Principios térmicos y estrategias de mejora de materiales de interfaz térmica.
Con el desarrollo de los dispositivos electrónicos modernos hacia la miniaturización, la alta densidad de potencia y la alta integración, el problema de la disipación de calor de los dispositivos electrónicos se ha convertido en un factor clave que afecta la vida útil y el rendimiento de los dispositivos, especialmente en el campo 5G. Por lo tanto, se necesitan mejores soluciones de gestión térmica para resolver este problema. En términos generales, el calor generado por los dispositivos electrónicos debe transferirse a la superficie del disipador de calor, y el relleno de materiales de interfaz térmica (TIM) entre el dispositivo electrónico y el disipador de calor puede maximizar la capacidad de transferencia de calor.
Los TIM se componen principalmente de matrices orgánicas y cargas inorgánicas. Por lo tanto, la conductividad térmica general de los TIM estará determinada por la conductividad térmica de los polímeros y cargas inorgánicas, la resistencia térmica interfacial de los polímeros y cargas inorgánicas y la resistencia térmica interfacial entre las superficies de contacto de las cargas inorgánicas. La conductividad térmica está determinada principalmente por electrones y/o fonones, y el calor generado por el chip se transfiere al disipador de calor a través de Tims, logrando así la circulación del sistema de disipación de calor y los dispositivos electrónicos de refrigeración.
La conducción de calor electrónica se produce principalmente en materiales conductores de calor. Cuando estos materiales se encuentran en un entorno desequilibrado, los electrones se difundirán de temperaturas altas a bajas, generando las corrientes y flujos de calor correspondientes, lo que dará como resultado la conducción electrónica del calor. En medios y polímeros no conductores, la conducción de calor suele ser conducción de calor por fonones. Cuando se calienta un lado de este tipo de material, la red del material vibra y la vibración correspondiente se transmite a los átomos adyacentes, lo que resulta en la transferencia del flujo de calor en el material. Normalmente, los TIM que encontramos son de este tipo. Como componente de los TIM, los rellenos inorgánicos no metálicos tienen una distribución reticular relativamente regular y los fonones pueden propagarse a lo largo de la dirección de la red, exhibiendo a menudo una excelente conductividad térmica; En otro componente importante del polímero, las cadenas poliméricas están entrelazadas y no conducen fonones de alta velocidad. Estos fonones están altamente dispersos en la interfaz de la cadena polimérica, lo que resulta en una reducción significativa del flujo de fonones y una disminución de la conductividad térmica. Por tanto, reducir la dispersión de fonones es particularmente importante para mejorar la conductividad térmica.
El método convencional para construir TIM es utilizar rellenos inorgánicos con alta conductividad térmica. Sin embargo, debido a la baja conductividad térmica de los polímeros, la conductividad térmica general de los TIM construidos de esta manera a menudo no es ideal debido a la resistencia térmica de su interfaz con cargas inorgánicas. Por lo tanto, reducir la resistencia térmica interfacial entre cargas inorgánicas y polímeros, cargas inorgánicas y cargas inorgánicas, y construir vías de conductividad térmica, o tener en cuenta ambas, se ha convertido en la dirección para mejorar la conductividad térmica de los TIM.
La miniaturización y la alta potencia de los productos y equipos electrónicos requieren que la conductividad térmica de los materiales conductores térmicos también se mejore constantemente. Por lo tanto, la alta conductividad térmica, la excelente tixotropía y la buena estabilidad al almacenamiento son las direcciones de investigación y desarrollo más importantes de los materiales conductores térmicos.
