Tình trạng phát triển và biện pháp đối phó của vật liệu giao diện nhiệt

Nhiệt độ cao có thể có tác động có hại đến độ ổn định, độ tin cậy và tuổi thọ của các linh kiện điện tử. Thường có những khoảng trống nhỏ giữa các linh kiện điện tử và tản nhiệt, dẫn đến diện tích tiếp xúc thực tế chỉ bằng 10% diện tích đế của tản nhiệt, cản trở nghiêm trọng việc truyền nhiệt. Việc sử dụng vật liệu giao diện Nhiệt để lấp đầy các khoảng trống có thể làm giảm đáng kể điện trở nhiệt tiếp xúc và đảm bảo rằng nhiệt sinh ra bởi các linh kiện điện tử gia nhiệt được thải ra kịp thời

Với sự ra đời của kỷ nguyên Internet of Things, việc tích hợp các sản phẩm điện tử tiếp tục được cải thiện. Ngoài ra, sự ra đời của tín hiệu tần số cao và việc nâng cấp các thành phần phần cứng đã dẫn đến số lượng thiết bị và ăng-ten được kết nối tăng gấp đôi, dẫn đến mức tiêu thụ điện năng tăng liên tục và tốc độ sinh nhiệt tăng nhanh. Vật liệu giao diện nhiệt có độ dẫn nhiệt tuyệt vời và khả năng thích ứng môi trường mạnh mẽ, mang lại sự trợ giúp mạnh mẽ cho việc tích hợp và thu nhỏ thiết bị ở mức độ cao, đồng thời được kỳ vọng sẽ trở thành giải pháp quản lý nhiệt mang tính đột phá và mang tính chuyển đổi nhất.

Về mặt công nghiệp, ngành công nghiệp điện tử, đại diện bởi ba ngành nóng, ngày càng đặt ra nhu cầu cao hơn về hệ thống quản lý nhiệt tiên tiến và vật liệu giao diện Nhiệt:
Điện tử tiêu dùng thông minh:Các sản phẩm điện tử của điện thoại thông minh và máy tính bảng có cấu trúc chặt chẽ và tích hợp cao, mật độ dòng nhiệt không ngừng được cải thiện đã đặt ra yêu cầu ngày càng cao đối với hệ thống quản lý nhiệt.
     Thiết bị thông tin liên lạc:thiết bị truyền thông ngày càng trở nên phức tạp hơn, mức tiêu thụ điện năng ngày càng tăng và giá trị nhiệt tăng nhanh, điều này sẽ mang lại nhu cầu ngày càng lớn đối với vật liệu giao diện Nhiệt.
Điện tử ô tô:một mặt, nhiệt độ làm việc của mô-đun điều khiển điện tử động cơ, mô-đun đánh lửa, mô-đun nguồn và các cảm biến khác nhau là cực kỳ cao; mặt khác, năng lượng pin của các phương tiện sử dụng năng lượng mới là rất lớn, hệ thống làm mát bằng không khí và làm mát bằng nước truyền thống không đủ để đối phó với lượng tản nhiệt khổng lồ. Có nhu cầu cấp thiết và được cá nhân hóa đối với vật liệu giao diện Nhiệt.
Ngoài ra, các thiết bị được sử dụng trong ngành hàng không, vũ trụ, quân sự và các lĩnh vực khác thường phải hoạt động trong môi trường khắc nghiệt như tần số cao, điện áp cao, công suất cao và nhiệt độ khắc nghiệt, đồng thời yêu cầu độ tin cậy cao, thời gian làm việc không bị lỗi lâu và cực kỳ khó khăn. yêu cầu hiệu suất toàn diện cao đối với vật liệu tản nhiệt.

Theo dữ liệu nghiên cứu của BCC, quy mô thị trường toàn cầu của vật liệu giao diện Nhiệt đã tăng từ 716 triệu đô la năm 2014 lên 937 triệu đô la vào năm 2018, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 7,4%. Dự kiến ​​quy mô thị trường sẽ đạt 1,08 tỷ đô la vào năm 2021. Trong số đó, khu vực Châu Á Thái Bình Dương sẽ vượt 812 triệu đô la Mỹ, Châu Âu khoảng 113 triệu đô la Mỹ, Bắc Mỹ khoảng 101 triệu đô la Mỹ và các khu vực khác khoảng 54 triệu đô la Mỹ. Đô la Mỹ.

Vật liệu tổng hợp dẫn nhiệt dựa trên polymer có ưu điểm là mật độ thấp, tính chất điện môi tuyệt vời, giá nguyên liệu thấp và xử lý dễ dàng, nhưng độ dẫn nhiệt của vật liệu tổng hợp dẫn nhiệt dựa trên polymer tương đối thấp. Các vật liệu nano vô cơ như nhôm oxit, nhôm nitrit, cacbua silic, Boron nitrit và ống nano cacbon có thể cải thiện hiệu quả tính dẫn nhiệt của vật liệu polyme, nhưng chất độn vô cơ sẽ làm cho vật liệu polyme trở nên giòn và cứng. Hiện tại, chưa có giải pháp tốt cho vấn đề này, thị trường quốc tế và trong nước về cơ bản đang đi chung một hướng.

Vật liệu giao diện Nhiệt lý tưởng phải có các đặc điểm sau: độ dẫn nhiệt cao, tính linh hoạt cao, độ ẩm bề mặt, độ nhớt thích hợp, độ nhạy áp suất cao, độ ổn định chu kỳ nhiệt và lạnh tốt, có thể tái sử dụng, v.v. Do đó, các vấn đề tiếp theo cần được giải quyết:
Thứ nhất, trong thiết kế vật liệu composite nền polymer cần có thiết kế cốt thép tiên tiến hơn để cải thiện tính dẫn nhiệt mà vẫn đảm bảo tính chất cơ học;
Thứ hai, về mặt chuẩn bị và xử lý vật liệu, cần cải thiện liên kết bề mặt giữa chất độn, chất gia cố và ma trận để có được cấu hình vật liệu composite lý tưởng;
Thứ ba, về mặt nghiên cứu lý thuyết cơ bản, cần hiểu rõ hơn về cơ chế dẫn nhiệt phonon đa quy mô, cơ chế dẫn sóng mang, cơ chế ghép electron phonon, cơ chế vận chuyển electron và phonon phức tạp tại bề mặt tiếp xúc, v.v. để cung cấp cơ sở lý thuyết cho thiết kế vật liệu giao diện nhiệt.