Prinsip termal dan strategi peningkatan bahan antarmuka termal
Dengan perkembangan perangkat elektronik modern menuju miniaturisasi, kepadatan daya tinggi, dan integrasi tinggi, masalah pembuangan panas pada perangkat elektronik telah menjadi faktor kunci yang mempengaruhi masa pakai dan kinerja perangkat, khususnya di bidang 5G. Oleh karena itu, diperlukan solusi manajemen termal yang lebih baik untuk mengatasi masalah ini. Secara umum, panas yang dihasilkan oleh perangkat elektronik perlu dipindahkan ke permukaan unit pendingin, dan pengisian bahan antarmuka termal (TIM) antara perangkat elektronik dan unit pendingin dapat memaksimalkan kapasitas perpindahan panas.
TIM sebagian besar terdiri dari matriks organik dan pengisi anorganik. Oleh karena itu, konduktivitas termal keseluruhan TIM akan ditentukan oleh konduktivitas termal polimer dan pengisi anorganik, ketahanan termal antarmuka polimer dan pengisi anorganik, dan ketahanan termal antarmuka antara permukaan kontak pengisi anorganik. Konduktivitas termal terutama ditentukan oleh elektron atau/dan fonon, dan panas yang dihasilkan oleh chip ditransfer ke heat sink melalui Tims, sehingga mencapai sirkulasi sistem pembuangan panas dan mendinginkan perangkat elektronik.
Konduksi panas elektronik terutama terjadi pada bahan konduktif termal konduktif. Ketika bahan-bahan ini berada dalam lingkungan yang tidak seimbang, elektron akan berdifusi dari suhu tinggi ke rendah, menghasilkan arus dan aliran panas yang sesuai, sehingga menghasilkan konduksi panas elektronik. Dalam media dan polimer non-konduktif, konduksi panas biasanya merupakan konduksi panas fonon. Ketika satu sisi bahan jenis ini dipanaskan, kisi bahan bergetar, dan getaran yang sesuai ditransmisikan ke atom yang berdekatan, sehingga terjadi perpindahan aliran panas pada bahan. Biasanya, TIM yang kita temui adalah tipe ini. Sebagai komponen TIM, pengisi non-logam anorganik memiliki distribusi kisi yang relatif teratur, dan fonon dapat merambat sepanjang arah kisi, seringkali menunjukkan konduktivitas termal yang sangat baik; Dalam komponen penting lain dari polimer, rantai polimer saling terkait dan tidak menghantarkan fonon berkecepatan tinggi. Fonon ini sangat tersebar pada antarmuka rantai polimer, mengakibatkan penurunan aliran fonon yang signifikan dan penurunan konduktivitas termal. Oleh karena itu, mengurangi hamburan fonon sangat penting untuk meningkatkan konduktivitas termal.
Metode konvensional untuk membuat TIM adalah dengan menggunakan bahan pengisi anorganik dengan konduktivitas termal yang tinggi. Namun, karena konduktivitas termal yang rendah dari polimer polimer, konduktivitas termal keseluruhan TIM yang dibuat dengan cara ini seringkali tidak ideal karena ketahanan termal antarmukanya dengan pengisi anorganik. Oleh karena itu, mengurangi ketahanan termal antarmuka antara pengisi anorganik dan polimer, pengisi anorganik dan pengisi anorganik, dan membangun jalur konduktivitas termal, atau dengan mempertimbangkan keduanya, telah menjadi arah untuk meningkatkan konduktivitas termal TIM.
Miniaturisasi dan daya tinggi produk dan peralatan elektronik mengharuskan konduktivitas termal bahan konduktif termal juga harus terus ditingkatkan. Oleh karena itu, konduktivitas termal yang tinggi, tiksotropi yang sangat baik, dan stabilitas penyimpanan yang baik adalah arah penelitian dan pengembangan yang paling penting dari bahan konduktif termal.
