Napredak istraživanja materijala termičkog interfejsa
Materijali za termičko sučelje uglavnom se sastoje od toplinski vodljivih punila i polimera. Dodavanje toplotno provodljivog punila poboljšava toplotnu provodljivost polimera, dok zadržava dobru fleksibilnost polimera', nisku cenu i laku obradu i prednosti oblikovanja. Toplotna provodljivost materijala termičkog interfejsa zavisi od frakcije punila. Kada je frakcija punila nedovoljna, dispergovane pojedinačne čestice ne mogu doći u kontakt sa susjednim česticama (slika 5(a)) i ne može se formirati toplinski vodljiva mreža čestica. Kada frakcija punila dostigne određeni nivo (prag perkolacije), počinje da se formira kontinuirana toplotna mreža (slika 5(b)), tako da će se toplotna provodljivost polimernog kompozita eksponencijalno povećati.
Međutim, kako pripremiti toplotnu provodljivost veću od 20 W/mK i vrijednost toplinskog otpora sučelja manju od 0,01 Kcm2/W i dalje je veliki izazov. Kao odgovor na ovu poteškoću, u okviru finansiranja Nacionalnog ključa R&D Program-Strategic Advanced Electronic Materials Key Special Project, koji vodi istraživač Sun Rong, Shenzhen Institute of Advanced Technology, Kineska akademija nauka, i Shanghai Jiaotong Univerzitet, Jugoistočni univerzitet, Univerzitet Tongji i Suzhou Nano, Kineska akademija nauka Institut za tehnologiju i nano-bioniku, Institut za materijale Ningbo, Kineska akademija nauka i Šangajski univerzitet izveli su molekularni dizajn visokoučinkovitih termičkih materijala interfejsa, mikro-nano mjerenje termičke otpornosti interfejsa, i proračun i simulacija mehanizma akustično-elektronskog spajanja na interfejsu kako bi se razvio termalni materijal interfejsa visokih performansi. Na osnovu toga, pripremljeni materijal termičkog interfejsa se primenjuje na elektronske uređaje velike gustine snage i verifikovana je njegova tipična primena u elektronskim uređajima velike gustine snage.
Keramika takođe ima visoku toplotnu provodljivost i odličnu električnu izolaciju, što je posebno pogodno za područja koja zahtevaju električnu izolaciju. Među prijavljenim keramičkim punilima, bor nitrid (BN) ima vrlo visoku toplotnu provodljivost i postaje najatraktivniji istraživački objekt u aplikacijama upravljanja toplotom. U 2017. Zhang et al. pripremio h-BN membranu na vrijeme vakuumskom filtracijom i infiltrirao polimer polivinil alkohol rastvorljiv u vodi u h-BN da bi se formirao kompozitni materijal h-BN/polivinil alkohol. Proces pripreme prikazan je na slici 6(a). Kada je sadržaj h-BN 27 vol%, maksimalna toplotna provodljivost u ravni i van ravni može doseći 8,44 W/m·K odnosno 1,63 W/m·K (slika 6(b)). Pored toga, Yu et al. pripremljeni h-BN/termoplastični poliuretanski kompoziti pomoću vakuumskog vrućeg presovanja. Kada je sadržaj h-BN 95 tež.%, toplinska provodljivost kompozitnog materijala u ravni je čak 50,3 W/m·K, što je u skladu s rezultatima koje su objavili Fu et al.
Metali imaju visoku intrinzičnu toplotnu provodljivost zbog upotrebe elektrona kao nosača toplote i postali su uobičajeno toplotno provodljivo punilo za termičke materijale interfejsa. Na primjer, Xu et al. koristio metodu elektrodepozicije za pripremu visoko orijentisane Ag toplotno provodljive mreže. Materijal termičkog interfejsa koji je njime pripremljen ima toplotnu provodljivost od 30,3 W/m·K, što je mnogo više od polimernog kompozita pripremljenog metodom slučajne disperzije (1,4 W/m·K). Wang et al. otkrili su da pod istim sadržajem punila (0,9 tež%) bakarne nanožice imaju veću sposobnost poboljšanja toplinske provodljivosti polimera od srebrnih nanožica. Osim toga, vrlo je važno kako smanjiti toplinski otpor međupovršine između metala i polimera. Poboljšanje modifikacije organskih molekula ili anorganskih punila na površini metala može povećati silu interakcije između metala i polimera, a zatim smanjiti međusklop između metala i polimera. Toplinska otpornost, poboljšavaju toplinsku provodljivost polimernih kompozita. Osim toga, Jeong et al. nedavno je uveo koncept tečnog metalnog punila u PDMS matricu u cilju stvaranja termoelastičnog tijela visoke toplinske provodljivosti, elastičnosti i rastezljivosti. Postoji još jedan važan pravac istraživanja materijala za termičku vezu na bazi metala — kontinuirani materijali termičkog interfejsa na bazi metala. Na primjer, legure na bazi Sn-Ag-Cu ili Sn-Bi mogu se koristiti kao standardni bezolovni lemovi u elektroničkom pakiranju, a često se koriste i kao termički materijali za sučelje. Njegove prednosti su visoka toplotna provodljivost, niska toplotna otpornost interfejsa, visoka pouzdanost i niska cena. Tečni metal je termički materijal koji je privukao veliku pažnju posljednjih godina. Njegova glavna komponenta je metalni galijum (Ga) i njegove legure. Ima prednosti niske tačke topljenja, dobre vlaženja sa strugotinama i niske termičke otpornosti interfejsa. Međutim, kako spriječiti njegovo prelijevanje je najveći problem i izazov za termičke materijale na bazi tekućih metala.
