Princípios térmicos e estratégias de melhoria de materiais de interface térmica
Com o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos modernos rumo à miniaturização, alta densidade de potência e alta integração, o problema de dissipação de calor dos dispositivos eletrônicos tornou-se um fator chave que afeta a vida útil e o desempenho dos dispositivos, especialmente no campo 5G. Portanto, são necessárias melhores soluções de gerenciamento térmico para resolver este problema. De modo geral, o calor gerado pelos dispositivos eletrônicos precisa ser transferido para a superfície do dissipador de calor, e o preenchimento de materiais de interface térmica (TIMs) entre o dispositivo eletrônico e o dissipador de calor pode maximizar a capacidade de transferência de calor.
Os TIMs são compostos principalmente de matrizes orgânicas e cargas inorgânicas. Portanto, a condutividade térmica geral dos TIMs será determinada pela condutividade térmica de polímeros e cargas inorgânicas, pela resistência térmica interfacial de polímeros e cargas inorgânicas e pela resistência térmica interfacial entre as superfícies de contato das cargas inorgânicas. A condutividade térmica é determinada principalmente por elétrons e/ou fônons, e o calor gerado pelo chip é transferido para o dissipador de calor através de Tims, conseguindo assim a circulação do sistema de dissipação de calor e o resfriamento de dispositivos eletrônicos.
A condução de calor eletrônico ocorre principalmente em materiais condutores térmicos. Quando esses materiais estão em um ambiente desequilibrado, os elétrons se difundirão de altas para baixas temperaturas, gerando correntes e fluxos de calor correspondentes, resultando na condução eletrônica de calor. Em meios e polímeros não condutores, a condução de calor geralmente é a condução de calor por fônons. Quando um lado deste tipo de material é aquecido, a estrutura do material vibra, e a vibração correspondente é transmitida aos átomos adjacentes, resultando na transferência do fluxo de calor no material. Normalmente, os TIMs que encontramos são desse tipo. Como componente dos TIMs, os enchimentos inorgânicos não metálicos têm uma distribuição de rede relativamente regular e os fônons podem se propagar ao longo da direção da rede, exibindo frequentemente excelente condutividade térmica; Em outro componente importante do polímero, as cadeias poliméricas estão entrelaçadas e não conduzem fônons de alta velocidade. Esses fônons são altamente dispersos na interface da cadeia polimérica, resultando em uma redução significativa no fluxo de fônons e uma diminuição na condutividade térmica. Portanto, reduzir a dispersão dos fônons é particularmente importante para melhorar a condutividade térmica.
O método convencional para construção de TIMs é utilizar cargas inorgânicas com alta condutividade térmica. No entanto, devido à baixa condutividade térmica dos polímeros poliméricos, a condutividade térmica global dos TIMs construídos desta forma muitas vezes não é ideal devido à sua resistência térmica de interface com cargas inorgânicas. Portanto, reduzir a resistência térmica interfacial entre cargas inorgânicas e polímeros, cargas inorgânicas e cargas inorgânicas, e construir caminhos de condutividade térmica, ou levar em conta ambos, tornaram-se a direção para melhorar a condutividade térmica dos TIMs.
A miniaturização e a alta potência dos produtos e equipamentos eletrônicos exigem que a condutividade térmica dos materiais termocondutores também seja constantemente melhorada. Portanto, alta condutividade térmica, excelente tixotropia e boa estabilidade de armazenamento são as direções mais importantes de pesquisa e desenvolvimento de materiais condutores térmicos.
