Nombre Parcourir:579 auteur:Éditeur du site publier Temps: 2023-09-05 origine:Propulsé
Introduction
Dans les produits électroniques grand public d'aujourd'hui, les principales fonctions du radiateur sont les suivantes :
1. Refroidissez les composants chauffants, comme le processeur, pour réduire sa température
2. Réduisez le point chaud sur la surface de l'appareil pour les pièces sensibles à la température, comme la coque du téléphone portable.
3. Protégez les composants sensibles à la chaleur des sources de chaleur, tels que l'écran du téléphone OLED, de la chaleur générée par le processeur.
4. Réduisez le gradient de température de surface des appareils sensibles à une température de surface inégale, tels que l'écran de télévision OLED.
Jusqu'au début du 21e siècle, l'aluminium et divers alliages d'aluminium constituent les matériaux thermiques de presque tous les équipements électroniques grand public.Les téléviseurs plasma, les ordinateurs portables, les téléphones mobiles et les premières tablettes utilisent tous des matériaux métalliques relativement peu coûteux et abondants pour répondre aux besoins de refroidissement.Premièrement, l’inconvénient évident de l’utilisation de l’aluminium comme matériau de gestion thermique réside dans le poids et l’épaisseur du métal.Au début du 21ème siècle, les téléviseurs plasma pesant entre 30 et 70 kg accrochés au mur tombent souvent.Pour éviter ce problème, les installateurs professionnels fournissent généralement des « services accessoires » pour l'achat d'écrans.Au début du XXIe siècle, l’épaisseur des téléphones portables est généralement d’environ 20 mm.Si un refroidissement est nécessaire, l'appareil de chauffage est généralement placé sur une base métallique, puis la chaleur est transférée à l'ensemble du téléphone mobile par une structure métallique ayant une bonne conductivité thermique.Lorsque le processeur et d'autres appareils sont conçus avec une puissance plus élevée, des bases plus épaisses et plus lourdes sont nécessaires pour compenser la charge thermique accrue.Lorsque le premier téléphone intelligent a été lancé, la finesse est devenue une caractéristique de conception majeure recherchée par les téléphones mobiles haut de gamme.Cette tendance s'est rapidement étendue aux ordinateurs portables, aussi fins que possible est devenu une exigence de conception d'ordinateurs portables haut de gamme.Afin d’obtenir les caractéristiques souhaitées du produit, l’industrie s’est rapidement rendu compte qu’il fallait développer des solutions au problème du poids et de l’épaisseur de l’aluminium.
À l'ère de la feuille de graphite flexible
La feuille de graphite naturel flexible a commencé à remplacer l'aluminium comme matériau de gestion thermique des écrans de télévision plasma depuis 2002. Le graphite naturel a été largement utilisé dans le domaine des écrans d'affichage car sa conductivité thermique est trois fois supérieure à celle de l'aluminium et son poids n'est qu'un. tiers de celui de l'aluminium.S'appuyant sur cette application réussie, l'application du graphite s'étend à d'autres équipements et catégories de marché.Le graphite flexible a été utilisé pour la première fois dans les téléphones mobiles au début du 21e siècle.En 2015, le graphite est devenu le matériau de gestion thermique standard pour tous les téléphones intelligents haut de gamme.Les premiers modèles de smartphones utilisaient du graphite naturel d'une épaisseur de 100 microns, mais l'industrie a rapidement commencé à utiliser du graphite synthétique compris entre 17 et 50 microns.Du graphite plus fin, tel que 10 microns, peut également être fabriqué, mais il s'avère qu'il ne peut pas éliminer efficacement suffisamment de chaleur.Au cours des 15 dernières années, le graphite a remplacé l’aluminium dans la grande majorité des appareils électroniques grand public haut de gamme qui recherchent des conceptions légères.
Caractéristiques des matériaux graphite
Il existe deux formes de graphite naturel et de graphite synthétique.Le graphite naturel est constitué de graphite en paillettes et les gisements de graphite en paillettes se trouvent partout dans le monde.Généralement, l'épaisseur du graphite naturel varie de 40 microns à 1 000 microns et sa conductivité thermique varie de 300 à 600 W/m · K. Le graphite naturel étant généralement plus épais que le graphite synthétique, il peut transférer plus de chaleur même avec une conductivité thermique plus faible. .
La feuille de graphite synthétique est produite par graphitisation du substrat contenant des atomes de carbone à des températures supérieures à 2 500 ℃.Le graphite synthétique est généralement très fin, allant de 10 microns à 100 microns d'épaisseur, mais sa conductivité thermique est plus élevée, allant de 700 à 1950 w/m · K. Cependant, même s'il a une conductivité thermique plus élevée, la chaleur qu'il peut l'enlèvement est limité en raison de l'épaisseur du matériau.Des tentatives antérieures ont été faites pour produire du graphite synthétique d'une épaisseur supérieure à 100 microns, mais ces tentatives sont difficiles à réaliser.
Le graphite naturel et le graphite synthétique sont empilés par des milliers de feuilles de graphène.Ces feuilles de graphène ont d'excellentes propriétés de conductivité thermique, de conductivité électrique et de transmission sonore dans la couche interne, mais les performances sont affaiblies dans la couche intermédiaire.Il en résulte un rapport d'anisotropie de 100 à 450 fois la conductivité thermique à l'intérieur et entre les couches [1].Les fabricants utilisent l'anisotropie spéciale du graphite dans le transfert de chaleur pour réduire la température de contact en surface et protéger les appareils sensibles à la chaleur de l'influence des appareils de chauffage.Les matériaux métalliques, comme l'aluminium ou le cuivre, ont la même conductivité thermique dans toutes les directions.Cela les rend moins adaptés à ces applications car la chaleur appliquée sur un côté de la surface métallique est rapidement transférée vers le côté opposé du matériau.
Tendance actuelle du graphite
Pour certaines applications, telles que les tablettes, les ordinateurs portables, les lunettes VR/AR, les écrans de télévision OLED, les décodeurs et certains téléphones portables, le graphite naturel d'une épaisseur de 40 à 1 000 microns a encore sa place.Alors que les téléphones mobiles, les tablettes et les ordinateurs portables éuent dans une direction plus fine, nombre de ces produits se tournent vers le graphite synthétique.L'industrie a rapidement standardisé l'épaisseur du graphite synthétique requise pour ces applications, par exemple 17 microns, 25 microns, 32 microns, 40 microns et 50 microns.Parce que les performances de l'équipement deviennent de plus en plus puissantes, le graphite synthétique monocouche ne peut souvent pas transférer suffisamment de chaleur pour répondre à la conception thermique, et il n'y a pas assez d' d'épaisseur pour utiliser du graphite naturel.Pour résoudre ce problème, la méthode conventionnelle consiste à utiliser un film de 5 µm d’épaisseur pour composer deux ou plusieurs couches de graphite.Cela garantit que le radiateur conserve une conductivité thermique élevée même s'il est plus fin que le graphite naturel.Lorsque tous les appareils utilisent ce schéma composite multicouche pour la gestion thermique, ses inconvénients sont mis en évidence.Le premier est le coût des matières premières.De par sa nature, le graphite synthétique lui-même est un matériau synthétique relativement coûteux et hautement personnalisé.Afin de composer quatre, cinq ou même six couches de ce matériau, il est nécessaire d'utiliser en même temps un film adhésif multicouche, ce qui rend ce procédé peu réalisable en termes de coût.Deuxièmement, le processus composite complexe conduit à un faible rendement.Le problème le plus important est d’augmenter le nombre d’épissures dans chaque rouleau.Tous les rouleaux sont plus ou moins épissés à des degrés divers, même si ce n'est que de la fin d'un rouleau à l'autre.La fabrication d'un rouleau de graphite multicouche et de film adhésif comportera beaucoup plus de coutures qu'un matériau monocouche.Une couture sur n'importe quel substrat entraînera un nouveau joint dans l'ensemble du matériau multicouche.Lorsque des pièces doivent être découpées, ces coutures doivent être retirées ou jetées.Même si ces coutures n’altèrent pas la qualité du produit, elles ont un impact significatif sur le coût et la production.Les rides interlaminaires et les bulles d'air sont également courantes, ce qui peut réduire le rendement.Le dernier problème est que le composite multicouche est lié et empilé par des plastiques et des adhésifs ayant une mauvaise conductivité thermique.En plus de rendre le produit final plus épais, chaque couche de ces matériaux augmente la résistance thermique et empêche le transfert fluide de chaleur entre les couches de graphite.
Solution de graphite épais monocouche haute performance
Ce projet vise à résoudre le problème du graphite synthétique multicouche.Étant plus fin que le graphite naturel, il possède également la conductivité thermique du graphite synthétique.Ce schéma présente non seulement les performances attendues du graphite synthétique multicouche, mais présente également l'avantage en termes de coût d'un schéma monocouche.Ce tout nouveau produit en graphite épais monocouche haute performance a été mis sur le marché.À l'heure actuelle, l'épaisseur est comprise entre 70 μm et 300 μm et la conductivité thermique est comprise entre 750 W/m · K et 1 200 W/m · K. Les premiers produits de consommation à utiliser le produit sont les téléphones intelligents, les ordinateurs portables et les lunettes VR/AR.
Conclusion
Le radiateur en graphite est devenu le matériau de gestion thermique standard pour les équipements électroniques grand public haut de gamme avec des éléments de conception légers et fins.Le graphite synthétique monocouche est la solution standard pour la plupart des appareils haut de gamme, mais certains appareils nécessitent désormais une solution matérielle multicouche.La production de matériaux graphite multicouches est coûteuse et compliquée.Afin de résoudre ce problème, un nouveau type de produit en graphite épais monocouche hautes performances a été développé.Ce matériau peut éviter les problèmes de coût et de rendement du graphite synthétique multicouche.
