La gestione termica è fondamentale nei moderni dispositivi elettronici perché, con l'evoluzione dei dispositivi, aumentano anche le loro prestazioni e funzionalità, generando sempre più calore. Ecco quanto è cruciale la gestione termica nei moderni dispositivi elettronici e perché scegliere i materiali di interfaccia termica corretti è essenziale. Qui, Trumonytechs vi darà la risposta completa.
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Importanza dei materiali di interfaccia termicamente conduttivi
Materiali di interfaccia termicamente conduttivi nei componenti elettronici in un'ampia gamma di applicazioni termiche può colmare il divario tra i componenti elettronici e i dissipatori di calore in modo che il calore generato dal dispositivo possa essere più rapidamente dai materiali dell'interfaccia termica al dissipatore di calore per ottenere temperature di funzionamento più basse e prolungare l'uso dello scopo di un lungo periodo. Viene generalmente utilizzato per l'interfaccia solida del pacchetto primario tra il chip, il microprocessore, il dissipatore di calore e il dissipatore di calore omogeneo.
Con il progressivo arricchimento delle funzioni dei dispositivi elettronici, il miglioramento delle prestazioni, l'integrazione dei chip e la continua crescita della densità di potenza, il consumo di energia e la generazione di calore dei dispositivi elettronici sono aumentati notevolmente. Come risolvere l'efficiente dissipazione del calore dei dispositivi elettronici è diventato un fattore essenziale nella fase di progettazione. Pertanto, l'importanza dei materiali di interfaccia termoconduttivi ha guadagnato l'attenzione di progettisti e produttori e il materiale fornisce un'eccellente soluzione al problema della gestione termica delle apparecchiature.
Guida ai materiali di interfaccia termica
Diversi tipi di materiali per l'interfaccia termica
I materiali di interfaccia termoconduttivi possono essere suddivisi in pasta termoconduttiva e gel termoconduttivo, materiali a cambiamento di fase, fiocchi di grafite, materiali di riempimento delle lacune termoconduttive in fiocchi, materiali di riempimento delle lacune termoconduttive liquidi, ecc. Di seguito vengono brevemente presentati, a titolo di esempio, la pasta termica ordinaria e il gel termico.
Il pasta termoconduttiva è un materiale per la dissipazione del calore con una buona conducibilità termica. Il materiale di base è composto da olio di silicone e polimero non siliconico, mentre il riempimento termoconduttivo è generalmente a base di AIN e ZnO, ed è liquido viscoso con caratteristiche di solido viscoso. Utilizzato principalmente sulla superficie di radiatori e fonti di calore, l'uso di condizioni per la pressione di 100-400Pa, il valore di resistenza dell'interfaccia termica è di circa 0,2-1,0K-cm² / W, la conducibilità termica della conducibilità termica di circa 3-8W / (m-K). I vantaggi sono che hanno un'elevata conducibilità termica, non hanno bisogno di essere polimerizzati e non hanno problemi di peeling, ma gli svantaggi sono che hanno fluidità e sono inclini a fuoriuscite e problemi di separazione.
Gel termoconduttivo è generalmente composto da polvere di alluminio, allumina e polvere d'argento e altre cariche termicamente conduttive in olio di silicone e cera di paraffina a causa di catene incrociate, in modo da avere caratteristiche di coesione solida interna e il suo processo di produzione è completato in uno stato di vuoto. Il materiale è un materiale siliconico isolante ad alta conducibilità termica, ha una temperatura da -40°C a +200°C per un uso a lungo termine e può mantenere lo stato di grasso. I suoi principali scenari di applicazione sono i notebook e i computer, il raffreddamento di CPU e GPU; il vantaggio è che non ci saranno problemi di overflow e di flusso, ma lo svantaggio è che potrebbero esserci problemi di peeling e la necessità di un trattamento di indurimento.
Selezione dei materiali di interfaccia termoconduttivi Fattori chiave
La scelta dei materiali di interfaccia termoconduttivi deve essere effettuata in base allo scenario applicativo, ad esempio negli ambienti ad alta temperatura, il materiale deve essere in grado di resistere alle alte temperature per garantire che i materiali di interfaccia termoconduttivi alle alte temperature garantiscano la stabilità e le prestazioni dell'interfaccia termica. Nei dispositivi microelettronici i materiali devono essere più flessibili per adattarsi al layout dei dispositivi elettronici.
Il secondo è quello di scegliere il materiale di interfaccia termica appropriato in base ai parametri del prodotto. I requisiti di conducibilità termica, la pressione della superficie di contatto, la temperatura di esercizio e altri parametri influiscono sulla scelta dei materiali, ad esempio in scenari specifici che richiedono materiali ad alta conducibilità termica per migliorare l'efficienza termica. In alcuni casi, tuttavia, è necessario prestare maggiore attenzione alle proprietà di isolamento elettrico e termico del materiale. Allo stesso tempo, la durata, la stabilità, il costo e la compatibilità del materiale con altri materiali sono tutti fattori che influenzano la scelta, soprattutto nella produzione di massa.
Solo sulla base di una comprensione approfondita di questi fattori possiamo garantire che il materiale dell'interfaccia termica sia il più adatto al prodotto, migliorando efficacemente l'efficienza termica e la stabilità del dispositivo.
Esempi di aree di applicazione
Di seguito sono riportati alcuni esempi di aree di applicazione dei materiali di interfaccia termicamente conduttivi.
Dispositivi elettronici: telefoni cellulari, computer portatili, tablet PC e altri dispositivi. I materiali di interfaccia termica sono utilizzati principalmente per la dissipazione del calore da parte di COU e altre fonti di calore.
Illuminazione a LED: utilizzato per il calore generato dal chip LED viene condotto efficacemente al profilo di dissipazione del calore.
Elettronica per autoveicoli: I moduli di controllo del motore e i sistemi di gestione della batteria richiedono una gestione termica e i materiali di interfaccia termoconduttivi possono trasferire il calore generato dai componenti al profilo termico.
Pannelli solari: Il calore generato dalle celle fotovoltaiche viene trasferito al sistema di raffreddamento per evitare che il surriscaldamento influisca sull'efficienza termica.
Apparecchiature mediche: Utilizzato per la gestione termica interna di apparecchiature di imaging medico, strumenti chirurgici e altre apparecchiature per garantire stabilità e affidabilità.
Elettronica di potenza: convertitori e inverter, ecc.
Aerospaziale: Utilizzato nei sistemi di protezione termica, nei componenti dei motori, ecc. per garantire la gestione termica e il regolare funzionamento degli elementi in ambienti ad alta temperatura.
Come scegliere il materiale d'interfaccia termoconduttivo più adatto
Una fase critica della progettazione del prodotto è la scelta del materiale adatto, che influisce sulle prestazioni, sulla durata e sulla soddisfazione dell'utente finale.
Quando si sceglie un materiale, il primo passo è determinare i requisiti dell'applicazione. È necessario conoscere l'ambiente a cui il prodotto sarà sottoposto, i carichi meccanici, l'intervallo di temperatura, le sostanze chimiche e altre condizioni, che consentiranno di determinare le proprietà del materiale richiesto.
Il passo successivo è la valutazione delle proprietà del materiale, come la resistenza, rigidità, conduttività elettrica, isolamento e conduttività termica, per trovare l'abbinamento migliore per il prodotto.
Segue un'analisi dei costi per tenere conto dell'impatto dei costi dei materiali sul budget del progetto, con la manutenzione a lungo termine, la sostituzione e la perdita di prestazioni come fattori significativi.
Anche il rispetto dell'ambiente è un fattore essenziale e la scelta di materiali ecologici può contribuire alla competitività sul mercato.
Anche i test e le verifiche pratiche sono essenziali. I campioni o i prototipi vengono inseriti in scenari applicativi simulati per valutare le prestazioni del materiale.
Infine, prima di scegliere un materiale d'interfaccia termoconduttivo, si può richiedere la consulenza di un esperto di scienza dei materiali o di un ingegnere e si può effettuare una valutazione dei rischi del materiale, compresi i possibili problemi e le sfide, per evitare che i potenziali problemi influenzino il calendario del progetto.
Tendenze future nei materiali di interfaccia termica
I materiali di interfaccia termoconduttivi sono utilizzati per condurre e gestire il calore. Sono comunemente utilizzati in settori quali i dispositivi elettronici, i sistemi di illuminazione e l'accumulo di energia e, con la continua evoluzione del settore, anche i materiali; di seguito sono riportate le possibili tendenze nello sviluppo dei materiali:
In primo luogo, una maggiore conduttività termica. In futuro, i materiali di interfaccia termica avranno una maggiore conducibilità termica per garantire un adeguato trasferimento di calore, seguita da versatilità e personalizzazione per una migliore corrispondenza delle prestazioni. Con l'applicazione delle nanotecnologie, le prestazioni dei materiali di interfaccia termica potranno essere ulteriormente migliorate. Anche la tutela dell'ambiente e la sostenibilità stanno diventando sempre più importanti, per cui gli sviluppi successivi si concentreranno maggiormente sull'utilizzo di materiali riciclati: impatto ambientale ridotto e facilità di riciclaggio. Infine, con la crescente preoccupazione per la salute e la sicurezza umana, la ricerca sui materiali per l'interfaccia termica si orienterà verso materiali a bassa volatilità, atossicità ed emissività. Queste tendenze sono influenzate dagli sviluppi scientifici e tecnologici, dai requisiti applicativi e dalle normative ambientali, che portano a una continua innovazione e ottimizzazione dei materiali di interfaccia termica.
