Nombre Parcourir:89 auteur:Éditeur du site publier Temps: 2024-09-13 origine:Propulsé
Le développement rapide des technologies de l'information a accéléré l'arrivée de l'ère intelligente, et divers produits électroniques en tant que supports sont constamment mis à jour et remplacés. La tendance évolutive vers une puissance élevée, une intégration élevée et une miniaturisation a rendu les problèmes de dissipation thermique et de fiabilité de plus en plus difficiles et sont progressivement devenus des goulots d'étranglement dans la conception de produits électroniques. Grâce à la gestion thermique, les systèmes ou équipements haute puissance peuvent contrôler et gérer efficacement la chaleur générée pour garantir que l'équipement du système fonctionne à un niveau de température acceptable, garantissant ainsi la fiabilité, les performances et la durée de vie du système.
Le matériau d'interface thermique (TIM) est un matériau utilisé pour améliorer le transfert de chaleur entre deux surfaces, généralement une source de chaleur (comme un processeur d'ordinateur) et un dissipateur thermique (comme un dissipateur thermique métallique ou un autre système de refroidissement).
À propos de TIM
La résistance thermique d'interface est l'une des études importantes en matière de dissipation thermique, qui détermine la capacité de dissipation thermique des puces semi-conductrices, des produits électroniques, des téléphones mobiles, des batteries automobiles, etc., affectant ainsi leurs performances et leur stabilité. L'air est généralement un mauvais conducteur de chaleur et il existe de nombreux espaces d'interface sur la surface solide microscopique au niveau du contact d'interface. En raison de la présence d’air, l’efficacité de dissipation thermique est très faible.
Si l'air est efficacement éliminé pour rapprocher le contact entre le dispositif et le dissipateur thermique, la résistance thermique du contact d'interface peut être réduite et un canal de transfert de chaleur efficace peut être établi, maximisant ainsi l'efficacité de la dissipation thermique. Le TIM est un produit qui conduit la chaleur entre deux ou plusieurs surfaces solides. Le remplissage de TIM entre diverses structures sur le chemin de dissipation thermique peut évacuer efficacement l'air entre les espaces, accélérer la conduction de la chaleur des points chauds en augmentant la zone de contact, améliorer efficacement le transfert de chaleur entre les deux surfaces et améliorer l'efficacité de la gestion thermique. système.
Le TIM est généralement un matériau de dissipation thermique constitué de matériaux polymères comme matrice et rempli de particules thermiquement conductrices. À mesure que la taille des puces diminue, l'intégration et la densité de puissance continuent d'augmenter, la chaleur générée pendant le fonctionnement des puces augmente, entraînant une augmentation continue de la température des puces, ce qui affecte sérieusement les performances, la fiabilité et la durée de vie des composants électroniques finaux. Le matériau d'interface thermique doit avoir une conductivité thermique élevée et une grande flexibilité pour garantir qu'il peut remplir complètement les espaces sur la surface de contact dans des conditions de faible pression d'installation, garantissant ainsi que la résistance thermique de contact entre le matériau d'interface thermique et la surface de contact est très faible. , tout en garantissant isolation et non toxicité. Les charges conductrices thermiques sont divisées en trois catégories : les matériaux métalliques, céramiques et carbonés, tandis que les matériaux de matrice sont principalement constitués d'huile de silicone, de caoutchouc et de résine. Les matériaux d'interface thermoconducteurs courants comprennent la graisse de silicone thermoconductrice, le gel thermoconducteur, le tampon thermoconducteur, les matériaux à changement de phase, etc.
À l’heure actuelle, les principales directions de recherche sont probablement les matériaux conducteurs thermiques à structure orientée multifonctionnels et les matériaux conducteurs thermiques à système non silicium. La multifonctionnalité des matériaux conducteurs thermiques fait principalement référence à l'ajout d'autres fonctions ou à des exigences plus élevées en matière de performances autres que la conductivité thermique sous prétexte d'avoir une conductivité thermique. L'objectif de la multifonctionnalité est principalement de répondre aux besoins de différents scénarios de conductivité thermique, de réaliser une intégration fonctionnelle, d'optimiser la structure du dispositif et d'améliorer encore les performances globales tout en dissipant la chaleur.
Par exemple, l’une des méthodes traditionnelles pour améliorer la conductivité thermique d’un substrat consiste à augmenter la teneur en charges, car celui-ci présente une conductivité thermique élevée, un rebond élevé et une flexibilité. Les charges conductrices thermiques traditionnelles en métal et en céramique ont une résistance mécanique élevée, et l'augmentation de leur teneur peut entraîner une diminution de la flexibilité et de l'élasticité de la matrice, limitant l'aptitude au traitement et l'application du matériau dans certains scénarios particuliers. Par conséquent, le développement de matériaux d’interface thermique présentant une conductivité thermique élevée, une flexibilité et une résilience élevée est devenu l’un des principaux axes de développement. Alors, comment l’industrie résout-elle ce problème ?
Est-il impossible d’équilibrer la conductivité thermique élevée, le rebond élevé et la dureté Shore du TIM ?
Comme chacun le sait, le principal défi pour la fiabilité des produits électroniques vient du coefficient de dilatation thermique (CTE), communément appelé « dilatation et contraction thermiques ». Le CTE est une caractéristique du matériau lui-même, et en raison de l'inadéquation du CTE entre les appareils électroniques, une déformation par flexion se produit lorsque la température de fonctionnement augmente ou diminue, comme le montre la figure suivante :
Au fil du temps, des déformations et compressions répétées du matériau d'interface thermique entre les espaces peuvent provoquer l'apparition d'espaces, affectant ainsi l'effet de dissipation thermique. Et de nombreux appareils de grande puissance, en réponse à des exigences telles que « l'économie d'énergie et la réduction des émissions » et la « neutralité carbone », activeront le mode marée, ce qui signifie que pendant les périodes de pointe de demande, l'alimentation sera entièrement allumée, et pendant les périodes de faible consommation. Pendant les périodes de demande telles que tard dans la nuit ou tôt le matin, la puissance du système sera réduite ou arrêtée, ce qui équivaut à effectuer un vieillissement cyclique de température sur la pièce chaque jour. Cela exacerbe sans aucun doute l’impact du CTE.
L'industrie de la fabrication électronique utilise depuis des décennies des tampons conducteurs thermiques traditionnels à base de silicium, qui sont principalement composés de résine de silicium organique et de divers types de charges conductrices thermiques. La caractéristique naturelle apportée par cette composition est que le produit fini lui-même ne présente aucune caractéristique de rebond en compression. Après une compression à long terme des puces et des modules de dissipation thermique au niveau microscopique, associée à l'impact de conditions de travail difficiles,
des températures particulièrement élevées, sur le corps du matériau, au fil du temps, un détachement irréversible de l'interface « délamination » apparaîtra progressivement sur une certaine surface de contact, entraînant une augmentation significative de la résistance thermique de l'interface et l'incapacité de continuer à fournir un bon chemin de conduction thermique, conduisant finalement à une défaillance thermique de la puce ou même de la machine entière.
En réponse à ces problèmes, l’industrie s’intéresse progressivement aux matériaux conducteurs thermiques dotés de caractéristiques de rebond élevées. Cependant, comme mentionné précédemment, dans le développement traditionnel des matériaux conducteurs thermiques, les caractéristiques de rebond du matériau sont limitées par les facteurs suivants, devenant ainsi un obstacle insurmontable :
Avec l'évolution des propriétés des matières premières et l'amélioration des méthodes de test, de nombreux fabricants de matériaux conducteurs thermiques ont pu contrôler efficacement la dureté des tampons thermiques ces dernières années, répondant ainsi à divers scénarios d'application de dissipation thermique pour les clients. Cependant, dans la plage de dureté Shore 00, il est difficile pour l'ensemble de l'industrie de fabriquer des matériaux d'interface thermique présentant des caractéristiques de rebond élevées, en particulier dans des scénarios de conductivité thermique ultra élevée. En raison de l'augmentation de la teneur en poudre conductrice thermique, les « caractéristiques de poudre » du matériau sont évidentes. Pour atteindre un équilibre entre conductivité thermique, rebond et dureté Shore 00, c'est presque devenu un « triangle impossible ».
Les coussinets à conductivité thermique ultra élevée, en raison de la nécessité d'une « charge » suffisamment élevée de charges à conductivité thermique, peuvent provoquer une détérioration rapide des propriétés mécaniques (douceur et résilience) du matériau lors d'un service à long terme dans des environnements difficiles, ce qui le rend incapable de répondre aux exigences de fiabilité à long terme.
