Termal arayüz malzemelerinin termal prensipleri ve iyileştirme stratejileri
Modern elektronik cihazların minyatürleşmeye, yüksek güç yoğunluğuna ve yüksek entegrasyona yönelik gelişmesiyle birlikte, elektronik cihazların ısı yayılımı sorunu, özellikle 5G alanında cihazların servis ömrünü ve performansını etkileyen önemli bir faktör haline geldi. Bu nedenle bu sorunu çözmek için daha iyi termal yönetim çözümlerine ihtiyaç vardır. Genel olarak konuşursak, elektronik cihazlar tarafından üretilen ısının ısı emicinin yüzeyine aktarılması gerekir ve elektronik cihaz ile ısı emici arasına termal arayüz malzemelerinin (TIM'ler) doldurulması, ısı transfer kapasitesini en üst düzeye çıkarabilir.
TIM'ler esas olarak organik matrislerden ve inorganik dolgulardan oluşur. Bu nedenle, TIM'lerin genel termal iletkenliği, polimerlerin ve inorganik dolgu maddelerinin termal iletkenliği, polimerlerin ve inorganik dolgu maddelerinin arayüzey termal direnci ve inorganik dolgu maddelerinin temas yüzeyleri arasındaki arayüzey termal direnci tarafından belirlenecektir. Termal iletkenlik esas olarak elektronlar ve/veya fononlar tarafından belirlenir ve çip tarafından üretilen ısı, Tims aracılığıyla ısı emiciye aktarılır, böylece ısı dağıtım sisteminin sirkülasyonu ve elektronik cihazların soğutulması sağlanır.
Elektronik ısı iletimi esas olarak iletken termal iletken malzemelerde meydana gelir. Bu malzemeler dengesiz bir ortamda olduğunda, elektronlar yüksek sıcaklıklardan düşük sıcaklıklara doğru yayılarak karşılık gelen akımları ve ısı akışlarını üreterek elektronik ısı iletimine neden olur. Ortamda ve iletken olmayan polimerlerde ısı iletimi genellikle fonon ısı iletimidir. Bu tür malzemenin bir tarafı ısıtıldığında, malzemenin kafesi titreşir ve ilgili titreşim bitişik atomlara iletilir, bu da malzemede ısı akışının aktarılmasına neden olur. Genellikle karşılaştığımız TIM'ler bu türdendir. TIM'lerin bir bileşeni olarak, inorganik metalik olmayan dolgu maddeleri nispeten düzenli bir kafes dağılımına sahiptir ve fononlar, genellikle mükemmel termal iletkenlik sergileyerek kafes yönü boyunca yayılabilir; Polimerin bir diğer önemli bileşeni ise polimer zincirlerinin iç içe geçmiş olması ve yüksek hızlı fononları iletmemesidir. Bu fononlar, polimer zincir arayüzünde oldukça dağılmıştır, bu da fonon akışında önemli bir azalmaya ve termal iletkenlikte bir azalmaya neden olur. Bu nedenle, fononların saçılımının azaltılması, termal iletkenliğin iyileştirilmesi açısından özellikle önemlidir.
TIM'leri oluşturmak için geleneksel yöntem, yüksek termal iletkenliğe sahip inorganik dolgu maddelerinin kullanılmasıdır. Bununla birlikte, polimer polimerlerin düşük termal iletkenliği nedeniyle, bu şekilde inşa edilen TIM'lerin genel termal iletkenliği, inorganik dolgu maddeleri ile ara yüzey termal dirençleri nedeniyle çoğu zaman ideal değildir. Bu nedenle, inorganik dolgular ile polimer, inorganik dolgular ve inorganik dolgular arasındaki arayüzey termal direncinin azaltılması ve termal iletkenlik yollarının oluşturulması veya her ikisinin de hesaba katılması, TIM'lerin termal iletkenliğini iyileştirmenin yönü haline gelmiştir.
Elektronik ürün ve ekipmanların minyatürleşmesi ve yüksek gücü, termal iletken malzemelerin termal iletkenliğinin de sürekli olarak iyileştirilmesini gerektirmektedir. Bu nedenle, yüksek termal iletkenlik, mükemmel tiksotropi ve iyi depolama stabilitesi, termal iletken malzemelerin en önemli araştırma ve geliştirme yönüdür.
