Entwicklungsstand und Gegenmaßnahmen von Wärmeschnittstellenmaterialien
Hohe Temperaturen können schädliche Auswirkungen auf die Stabilität, Zuverlässigkeit und Lebensdauer elektronischer Komponenten haben. Zwischen elektronischen Bauteilen und Kühlkörpern gibt es oft kleine Lücken, sodass die tatsächliche Kontaktfläche nur 10 Prozent der Grundfläche des Kühlkörpers beträgt, was die Wärmeübertragung stark behindert. Die Verwendung von Wärmeleitmaterial zum Füllen der Lücken kann den thermischen Kontaktwiderstand erheblich reduzieren und sicherstellen, dass die durch die Erwärmung elektronischer Komponenten erzeugte Wärme rechtzeitig abgeführt wird
Mit dem Beginn des Zeitalters des Internets der Dinge verbessert sich die Integration elektronischer Produkte weiter. Darüber hinaus haben die Einführung hochfrequenter Signale und die Aufrüstung von Hardwarekomponenten zu einer Verdoppelung der Anzahl angeschlossener Geräte und Antennen geführt, was zu einem kontinuierlichen Anstieg des Stromverbrauchs und einem rasanten Anstieg der Wärmeentwicklung führte. Wärmeschnittstellenmaterialien verfügen über eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit und eine starke Anpassungsfähigkeit an die Umgebung, was eine starke Unterstützung für die hohe Integration und Miniaturisierung von Geräten darstellt und voraussichtlich zu den bahnbrechendsten und transformativsten Wärmemanagementlösungen werden wird.
Was die Industrie betrifft, so stellt die Elektronikindustrie, repräsentiert durch die drei angesagten Sektoren, immer mehr Anforderungen an fortschrittliche Wärmemanagementsysteme und Wärmeschnittstellenmaterialien:
Intelligente Unterhaltungselektronik:Die elektronischen Produkte von Smartphones und Tablets weisen eine enge und hochintegrierte Struktur auf, und die kontinuierliche Verbesserung der Wärmestromdichte stellt immer höhere Anforderungen an Wärmemanagementsysteme.
Kommunikationsausrüstung:Kommunikationsgeräte werden immer komplexer, der Stromverbrauch steigt und der Wärmewert nimmt rapide zu, was zu einem enormen Anstieg der Nachfrage nach thermischen Schnittstellenmaterialien führen wird.
Automobilelektronik:Einerseits ist die Arbeitstemperatur des elektronischen Motorsteuermoduls, des Zündmoduls, des Leistungsmoduls und verschiedener Sensoren extrem hoch; Andererseits ist die Batterieleistung von Fahrzeugen mit neuer Energie enorm und die herkömmliche Luftkühlung und Wasserkühlung reichen nicht aus, um die enorme Wärmeableitung zu bewältigen. Es besteht ein dringender und individueller Bedarf an thermischen Schnittstellenmaterialien.
Darüber hinaus müssen Geräte, die in der Luft-, Raumfahrt-, Militär- und anderen Bereichen eingesetzt werden, in der Regel in rauen Umgebungen wie Hochfrequenz, Hochspannung, hoher Leistung und extremen Temperaturen betrieben werden und erfordern eine hohe Zuverlässigkeit, lange fehlerfreie Betriebszeiten und extreme Temperaturen hohe umfassende Leistungsanforderungen an Wärmeableitungsmaterialien.
Laut BCC-Forschungsdaten ist die globale Marktgröße für thermische Schnittstellenmaterialien von 716 Millionen Dollar im Jahr 2014 auf 937 Millionen Dollar im Jahr 2018 gestiegen, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 7,4 Prozent. Es wird erwartet, dass die Marktgröße im Jahr 2021 1,08 Milliarden US-Dollar erreichen wird. Davon wird die Region Asien-Pazifik 812 Millionen US-Dollar überschreiten, Europa etwa 113 Millionen US-Dollar, Nordamerika etwa 101 Millionen US-Dollar und andere Regionen etwa 54 Millionen US-Dollar US Dollar.
Wärmeleitende Verbundwerkstoffe auf Polymerbasis haben die Vorteile einer geringen Dichte, ausgezeichneter dielektrischer Eigenschaften, niedriger Rohstoffpreise und einer einfachen Verarbeitung, aber die Wärmeleitfähigkeit von wärmeleitenden Verbundwerkstoffen auf Polymerbasis ist relativ gering. Anorganische Nanomaterialien wie Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Siliziumkarbid, Bornitrid und Kohlenstoffnanoröhren können die Wärmeleitfähigkeit von Polymermaterialien wirksam verbessern, anorganische Füllstoffe machen Polymermaterialien jedoch spröde und hart. Derzeit gibt es keine gute Lösung für dieses Problem, und der internationale und der inländische Markt befinden sich grundsätzlich auf dem gleichen Weg.
Das ideale Wärmeschnittstellenmaterial sollte die folgenden Eigenschaften aufweisen: hohe Wärmeleitfähigkeit, hohe Flexibilität, Oberflächenbenetzbarkeit, richtige Viskosität, hohe Druckempfindlichkeit, gute Temperatur- und Kältezyklusstabilität, wiederverwendbar usw. Daher müssen weitere Probleme angegangen werden:
Erstens ist bei der Konstruktion von Verbundwerkstoffen auf Polymerbasis ein fortschrittlicheres Verstärkungsdesign erforderlich, um die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern und gleichzeitig die mechanischen Eigenschaften sicherzustellen.
Zweitens ist es im Hinblick auf die Materialvorbereitung und -verarbeitung notwendig, die Grenzflächenbindung zwischen Füllstoffen, Verstärkungen und Matrix zu verbessern, um eine ideale Verbundmaterialkonfiguration zu erhalten;
Drittens ist es im Hinblick auf die theoretische Grundlagenforschung notwendig, die mehrskalige Phonon-Wärmeleitung, den Trägerleitungsmechanismus, den Phonon-Elektronen-Kopplungsmechanismus, den komplexen Elektronen- und Phonon-Transportmechanismus an der Grenzfläche usw. besser zu verstehen, um eine theoretische Grundlage dafür zu schaffen das Design des thermischen Schnittstellenmaterials.
