حالة التطوير والتدابير المضادة لمواد الواجهة الحرارية

يمكن أن يكون لدرجات الحرارة المرتفعة تأثيرات ضارة على استقرار المكونات الإلكترونية وموثوقيتها وعمرها الافتراضي. غالبًا ما تكون هناك فجوات صغيرة بين المكونات الإلكترونية والمشتتات الحرارية، مما يؤدي إلى منطقة اتصال فعلية تبلغ 10 بالمائة فقط من المساحة الأساسية للمشتت الحراري، مما يعيق انتقال الحرارة بشكل خطير. إن استخدام مادة الواجهة الحرارية لملء الفجوات يمكن أن يقلل بشكل كبير من المقاومة الحرارية للتلامس، ويضمن تفريغ الحرارة الناتجة عن مكونات التسخين الإلكترونية في الوقت المناسب.

مع قدوم عصر إنترنت الأشياء، يستمر تكامل المنتجات الإلكترونية في التحسن. بالإضافة إلى ذلك، أدى إدخال الإشارات عالية التردد وتحديث مكونات الأجهزة إلى مضاعفة عدد الأجهزة والهوائيات المتصلة، مما أدى إلى زيادة مستمرة في استهلاك الطاقة وزيادة سريعة في توليد الحرارة. تتميز مواد الواجهة الحرارية بموصلية حرارية ممتازة وقدرة قوية على التكيف البيئي، مما يوفر مساعدة قوية للتكامل العالي وتصغير المعدات، ومن المتوقع أن تصبح حلول الإدارة الحرارية الأكثر اضطرابًا وتحويلًا.

فيما يتعلق بالصناعة، فإن صناعة الإلكترونيات، ممثلة بالقطاعات الثلاثة الساخنة، تطرح المزيد والمزيد من الطلبات على أنظمة الإدارة الحرارية المتقدمة ومواد الواجهة الحرارية:
الالكترونيات الاستهلاكية الذكية:تتمتع المنتجات الإلكترونية للهواتف الذكية والأجهزة اللوحية ببنية محكمة ومتكاملة للغاية، وقد أدى التحسين المستمر لكثافة التدفق الحراري إلى زيادة متطلبات أنظمة إدارة الحرارة بشكل متزايد.
     معدات الاتصالات:أصبحت معدات الاتصالات أكثر تعقيدًا، ويتزايد استهلاك الطاقة، وترتفع قيمة الحرارة بسرعة، مما سيؤدي إلى زيادة الطلب الهائل على مواد الواجهة الحرارية.
إلكترونيات السيارات:من ناحية، درجة حرارة العمل لوحدة التحكم الإلكترونية في المحرك، ووحدة الإشعال، ووحدة الطاقة وأجهزة الاستشعار المختلفة مرتفعة للغاية؛ من ناحية أخرى، فإن طاقة بطارية مركبات الطاقة الجديدة ضخمة، وتبريد الهواء التقليدي وتبريد الماء ليسا كافيين للتعامل مع تبديد الحرارة الضخم. هناك طلب عاجل وشخصي على مواد الواجهة الحرارية.
بالإضافة إلى ذلك، تحتاج الأجهزة المستخدمة في الطيران والفضاء والمجالات العسكرية والمجالات الأخرى عادةً إلى العمل في بيئات قاسية مثل التردد العالي والجهد العالي والطاقة العالية ودرجات الحرارة القصوى، وتتطلب موثوقية عالية ووقت عمل طويل خالٍ من الأخطاء وعمرًا طويلًا للغاية. متطلبات أداء شاملة عالية للمواد تبديد الحرارة.

وفقًا لبيانات بحث BCC، ارتفع حجم السوق العالمية لمواد الواجهة الحرارية من 716 مليون دولار في عام 2014 إلى 937 مليون دولار في عام 2018، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 7.4 بالمائة. ومن المتوقع أن يصل حجم السوق إلى 1.08 مليار دولار في عام 2021. ومن بينها، ستتجاوز منطقة آسيا والمحيط الهادئ 812 مليون دولار أمريكي، وأوروبا حوالي 113 مليون دولار أمريكي، وأمريكا الشمالية حوالي 101 مليون دولار أمريكي، والمناطق الأخرى حوالي 54 مليون دولار أمريكي. دولار أمريكي.

تتميز المركبات القائمة على البوليمر الموصلة للحرارة بمزايا الكثافة المنخفضة، وخصائص العزل الكهربائي الممتازة، وانخفاض أسعار المواد الخام، وسهولة المعالجة، ولكن التوصيل الحراري للمركبات الموصلة الحرارية القائمة على البوليمر منخفضة نسبيًا. يمكن للمواد النانوية غير العضوية مثل أكسيد الألومنيوم، ونيتريد الألومنيوم، وكربيد السيليكون، ونيتريد البورون، وأنابيب الكربون النانوية أن تحسن بشكل فعال التوصيل الحراري لمواد البوليمر، ولكن الحشوات غير العضوية ستجعل مواد البوليمر هشة وصلبة. في الوقت الحاضر، لا يوجد حل جيد لهذه المشكلة، والأسواق الدولية والمحلية تسير بشكل أساسي على نفس المسار.

يجب أن تتمتع مادة الواجهة الحرارية المثالية بالخصائص التالية: الموصلية الحرارية العالية، والمرونة العالية، وقابلية التبلل السطحي، واللزوجة المناسبة، وحساسية الضغط العالي، واستقرار جيد للدورة الحرارية والباردة، وقابلة لإعادة الاستخدام، وما إلى ذلك. لذلك، يجب معالجة مشكلات أخرى:
أولاً، في تصميم المركبات القائمة على البوليمر، هناك حاجة إلى تصميم معزز أكثر تقدماً لتحسين التوصيل الحراري مع ضمان الخواص الميكانيكية؛
ثانيًا، فيما يتعلق بإعداد المواد ومعالجتها، من الضروري تحسين الترابط بين الحشوات والتعزيزات والمصفوفة للحصول على تكوين مثالي للمواد المركبة؛
ثالثًا، فيما يتعلق بالبحث النظري الأساسي، من الضروري فهم التوصيل الحراري للفونون متعدد المقاييس، وآلية توصيل الموجة الحاملة، وآلية اقتران إلكترون الفونون، وآلية نقل الإلكترون والفونون المعقدة في الواجهة، وما إلى ذلك، لتوفير الأساس النظري لـ تصميم مواد الواجهة الحرارية.