Principes thermiques et stratégies d'amélioration des matériaux d'interface thermique
Avec le développement des appareils électroniques modernes vers la miniaturisation, une densité de puissance élevée et une intégration élevée, le problème de dissipation thermique des appareils électroniques est devenu un facteur clé affectant la durée de vie et les performances des appareils, en particulier dans le domaine de la 5G. De meilleures solutions de gestion thermique sont donc nécessaires pour résoudre ce problème. D'une manière générale, la chaleur générée par les appareils électroniques doit être transférée à la surface du dissipateur thermique, et le remplissage de matériaux d'interface thermique (TIM) entre l'appareil électronique et le dissipateur thermique peut maximiser la capacité de transfert de chaleur.
Les TIM sont principalement composés de matrices organiques et de charges inorganiques. Par conséquent, la conductivité thermique globale des TIM sera déterminée par la conductivité thermique des polymères et des charges inorganiques, la résistance thermique interfaciale des polymères et des charges inorganiques et la résistance thermique interfaciale entre les surfaces de contact des charges inorganiques. La conductivité thermique est principalement déterminée par les électrons ou/et les phonons, et la chaleur générée par la puce est transférée au dissipateur thermique via Tims, réalisant ainsi la circulation du système de dissipation thermique et le refroidissement des appareils électroniques.
La conduction thermique électronique se produit principalement dans les matériaux conducteurs thermiquement conducteurs. Lorsque ces matériaux se trouvent dans un environnement déséquilibré, les électrons diffusent des températures élevées aux températures basses, générant des courants et des flux de chaleur correspondants, entraînant une conduction thermique électronique. Dans les milieux et les polymères non conducteurs, la conduction thermique est généralement une conduction thermique par phonons. Lorsqu'un côté de ce type de matériau est chauffé, le réseau du matériau vibre et la vibration correspondante est transmise aux atomes adjacents, entraînant un transfert de flux de chaleur dans le matériau. Généralement, les TIM que nous rencontrons sont de ce type. En tant que composants des TIM, les charges inorganiques non métalliques ont une distribution de réseau relativement régulière et les phonons peuvent se propager dans la direction du réseau, présentant souvent une excellente conductivité thermique ; Dans un autre composant important du polymère, les chaînes polymères sont entrelacées et ne conduisent pas de phonons à grande vitesse. Ces phonons sont fortement dispersés à l’interface de la chaîne polymère, ce qui entraîne une réduction significative du flux de phonons et une diminution de la conductivité thermique. Par conséquent, réduire la diffusion des phonons est particulièrement important pour améliorer la conductivité thermique.
La méthode conventionnelle de construction des TIM consiste à utiliser des charges inorganiques à haute conductivité thermique. Cependant, en raison de la faible conductivité thermique des polymères polymères, la conductivité thermique globale des TIM construits de cette manière n'est souvent pas idéale en raison de la résistance thermique de leur interface avec les charges inorganiques. Par conséquent, la réduction de la résistance thermique interfaciale entre les charges inorganiques et le polymère, les charges inorganiques et les charges inorganiques, et la construction de voies de conductivité thermique, ou la prise en compte des deux, sont devenues la direction à suivre pour améliorer la conductivité thermique des TIM.
La miniaturisation et la puissance élevée des produits et équipements électroniques nécessitent que la conductivité thermique des matériaux conducteurs thermiques soit également constamment améliorée. Par conséquent, une conductivité thermique élevée, une excellente thixotropie et une bonne stabilité au stockage constituent l’orientation de recherche et développement la plus importante des matériaux conducteurs thermiques.
