Šiluminės sąsajos medžiagų šiluminiai principai ir tobulinimo strategijos
Tobulėjant šiuolaikiniams elektroniniams prietaisams miniatiūrizuojant, naudojant didelį galios tankį ir didelę integraciją, elektroninių prietaisų šilumos išsklaidymo problema tapo pagrindiniu veiksniu, turinčiu įtakos prietaisų tarnavimo laikui ir veikimui, ypač 5G srityje. Todėl norint išspręsti šią problemą, reikia geresnių šilumos valdymo sprendimų. Paprastai tariant, elektroninių prietaisų generuojama šiluma turi būti perkelta į šilumos kriauklės paviršių, o užpildant šiluminės sąsajos medžiagas (TIM) tarp elektroninio prietaiso ir aušintuvo galima maksimaliai padidinti šilumos perdavimo pajėgumą.
TIM daugiausia sudaro organinės matricos ir neorganiniai užpildai. Todėl bendrą TIM šilumos laidumą lems polimerų ir neorganinių užpildų šilumos laidumas, polimerų ir neorganinių užpildų sąsajos šiluminė varža bei neorganinių užpildų kontaktinių paviršių sąsajos šiluminė varža. Šilumos laidumą daugiausia lemia elektronai ir (arba) fononai, o lusto generuojama šiluma per Tims perduodama į šilumnešį, taip užtikrinant šilumos išsklaidymo sistemos cirkuliaciją ir aušinant elektroninius prietaisus.
Elektroninis šilumos laidumas daugiausia vyksta laidžiose šilumai laidžiose medžiagose. Kai šios medžiagos yra nesubalansuotoje aplinkoje, elektronai išsisklaidys nuo aukštos iki žemos temperatūros, sukurdami atitinkamas sroves ir šilumos srautus, dėl kurių atsiranda elektroninis šilumos laidumas. Terpėse ir nelaidžiuose polimeruose šilumos laidumas dažniausiai yra fononinis šilumos laidumas. Kai viena šios rūšies medžiagos pusė yra kaitinama, medžiagos gardelė vibruoja, o atitinkama vibracija perduodama gretimiems atomams, todėl medžiagoje perduodamas šilumos srautas. Paprastai TIM, su kuriais susiduriame, yra tokio tipo. Kaip TIM sudedamoji dalis, neorganiniai nemetaliniai užpildai turi santykinai reguliarų gardelės pasiskirstymą, o fononai gali sklisti gardelės kryptimi, dažnai pasižymėdami puikiu šilumos laidumu; Kitame svarbiame polimero komponente polimerų grandinės yra susipynusios ir nelaidžia didelės spartos fononams. Šie fononai yra labai išsklaidyti polimero grandinės sąsajoje, todėl žymiai sumažėja fononų srautas ir sumažėja šilumos laidumas. Todėl, siekiant pagerinti šilumos laidumą, ypač svarbu sumažinti fononų sklaidą.
Įprastas TIM konstravimo būdas yra naudoti neorganinius užpildus su dideliu šilumos laidumu. Tačiau dėl mažo polimerų polimerų šilumos laidumo bendras tokiu būdu sukonstruotų TIM šilumos laidumas dažnai nėra idealus dėl jų sąsajos šiluminės varžos su neorganiniais užpildais. Todėl TIM šilumos laidumo gerinimo kryptimi tapo neorganinių užpildų ir polimero, neorganinių užpildų ir neorganinių užpildų sąsajos šiluminės varžos mažinimas ir šilumos laidumo takų sukūrimas arba atsižvelgiant į abu.
Elektroninių gaminių ir įrangos miniatiūrizavimas ir didelė galia reikalauja, kad šilumai laidžių medžiagų šilumos laidumas taip pat turėtų būti nuolat gerinamas. Todėl didelis šilumos laidumas, puiki tiksotropija ir geras laikymo stabilumas yra svarbiausia šilumai laidžių medžiagų tyrimų ir plėtros kryptis.
