Termički principi i strategije poboljšanja materijala termičkog interfejsa
Sa razvojem modernih elektronskih uređaja u pravcu minijaturizacije, velike gustine snage i visoke integracije, problem disipacije toplote elektronskih uređaja postao je ključni faktor koji utiče na životni vek i performanse uređaja, posebno u oblasti 5G. Stoga su za rješavanje ovog problema potrebna bolja rješenja za upravljanje toplinom. Uopšteno govoreći, toplota koju generišu elektronski uređaji treba da se prenese na površinu hladnjaka, a punjenje termičkih materijala interfejsa (TIM) između elektronskog uređaja i hladnjaka može maksimizirati kapacitet prenosa toplote.
TIM se uglavnom sastoje od organskih matrica i neorganskih punila. Stoga će ukupna toplinska provodljivost TIM-a biti određena toplinskom provodljivošću polimera i anorganskih punila, međufaznom toplinskom otpornošću polimera i anorganskih punila, te međufaznom toplinskom otpornošću između kontaktnih površina anorganskih punila. Toplotna provodljivost je uglavnom određena elektronima i/ili fononima, a toplota koju generiše čip se prenosi na hladnjak kroz Tims, čime se postiže cirkulacija sistema za disipaciju toplote i rashladnih elektronskih uređaja.
Elektronsko provođenje toplote uglavnom se javlja u provodljivim toplotno provodnim materijalima. Kada su ovi materijali u neuravnoteženom okruženju, elektroni će difundirati od visokih do niskih temperatura, generirajući odgovarajuće struje i toplinske tokove, što rezultira elektroničkim provođenjem topline. U medijima i nevodljivim polimerima, provodljivost toplote je obično fononska provodljivost toplote. Kada se jedna strana ovog tipa materijala zagrije, rešetka materijala vibrira, a odgovarajuća vibracija se prenosi na susjedne atome, što rezultira prijenosom toplotnog toka u materijalu. Tipično, TIM-ovi s kojima se susrećemo su ovog tipa. Kao komponenta TIM-a, neorganska nemetalna punila imaju relativno pravilnu distribuciju rešetke, a fononi se mogu širiti duž pravca rešetke, često pokazujući odličnu toplotnu provodljivost; U drugoj važnoj komponenti polimera, polimerni lanci su isprepleteni i ne provode brze fonone. Ovi fononi su visoko dispergovani na interfejsu polimernog lanca, što rezultira značajnim smanjenjem protoka fonona i smanjenjem toplotne provodljivosti. Stoga je smanjenje rasipanja fonona posebno važno za poboljšanje toplotne provodljivosti.
Konvencionalna metoda za konstruisanje TIM-a je upotreba anorganskih punila visoke toplotne provodljivosti. Međutim, zbog niske toplotne provodljivosti polimernih polimera, ukupna toplotna provodljivost TIM-a konstruisanih na ovaj način često nije idealna zbog njihove termičke otpornosti na interfejsu sa anorganskim punilima. Stoga su smanjenje međufaznog toplinskog otpora između anorganskih punila i polimera, anorganskih punila i anorganskih punila, te izgradnja puteva toplinske provodljivosti, ili uzimanje u obzir oba, postali smjer za poboljšanje toplinske provodljivosti TIM-a.
Minijaturizacija i velika snaga elektronskih proizvoda i opreme zahtevaju da se toplotna provodljivost toplotno provodljivih materijala takođe treba stalno poboljšavati. Stoga su visoka toplotna provodljivost, odlična tiksotropija i dobra stabilnost skladištenja najvažniji pravac istraživanja i razvoja toplotno provodljivih materijala.
