Termilise liidese materjalide termilised põhimõtted ja parendusstrateegiad
Kaasaegsete elektroonikaseadmete miniaturiseerimise, suure võimsustiheduse ja suure integratsiooni suunas arenedes on elektroonikaseadmete soojuse hajumise probleem muutunud võtmeteguriks, mis mõjutab seadmete kasutusiga ja jõudlust, eriti 5G valdkonnas. Seetõttu on selle probleemi lahendamiseks vaja paremaid soojusjuhtimise lahendusi. Üldiselt tuleb elektroonikaseadmete tekitatud soojus üle kanda jahutusradiaatori pinnale ning soojusliidese materjalide (TIM) täitmine elektroonikaseadme ja jahutusradiaatori vahel võib soojusülekandevõimet maksimeerida.
TIM-id koosnevad peamiselt orgaanilistest maatriksitest ja anorgaanilistest täiteainetest. Seetõttu määrab TIM-ide üldise soojusjuhtivuse polümeeride ja anorgaaniliste täiteainete soojusjuhtivus, polümeeride ja anorgaaniliste täiteainete liidese soojustakistus ning anorgaaniliste täiteainete kontaktpindade liidese soojustakistus. Soojusjuhtivuse määravad peamiselt elektronid või/või fonoonid ning kiibi tekitatud soojus kantakse Timsi kaudu jahutusradiaatorisse, saavutades seeläbi soojuseraldussüsteemi tsirkulatsiooni ja elektroonikaseadmete jahutamise.
Elektrooniline soojusjuhtivus esineb peamiselt juhtivates soojusjuhtivates materjalides. Kui need materjalid on tasakaalustamata keskkonnas, hajuvad elektronid kõrgelt madalale temperatuurile, tekitades vastavaid voolusid ja soojusvooge, mille tulemuseks on elektrooniline soojusjuhtivus. Keskkondades ja mittejuhtivates polümeerides on soojusjuhtivus tavaliselt fononsoojusjuhtivus. Seda tüüpi materjali ühe külje kuumutamisel vibreerib materjali võre ja vastav vibratsioon kandub edasi külgnevatele aatomitele, mille tulemuseks on soojusvoo ülekandmine materjalis. Tavaliselt on TIM-id seda tüüpi. TIM-i komponendina on anorgaanilistel mittemetallilistel täiteainetel võre suhteliselt korrapärane jaotus ja fononid võivad levida piki võre suunda, omades sageli suurepärast soojusjuhtivust; Teises polümeeri olulises komponendis on polümeeri ahelad põimunud ega juhi kiireid fonone. Need fononid on polümeeri ahela liideses väga hajutatud, mille tulemuseks on fonoonide voolu oluline vähenemine ja soojusjuhtivuse vähenemine. Seetõttu on soojusjuhtivuse parandamiseks eriti oluline fonoonide hajumise vähendamine.
Tavapärane meetod TIM-ide ehitamiseks on kõrge soojusjuhtivusega anorgaaniliste täiteainete kasutamine. Polümeerpolümeeride madala soojusjuhtivuse tõttu ei ole sellisel viisil konstrueeritud TIM-ide üldine soojusjuhtivus aga sageli ideaalne nende liidese soojustakistuse tõttu anorgaaniliste täiteainetega. Seetõttu on TIM-ide soojusjuhtivuse parandamise suunaks saanud anorgaaniliste täiteainete ja polümeeri, anorgaaniliste täiteainete ja anorgaaniliste täiteainete vahelise liidese soojustakistuse vähendamine ning soojusjuhtivuse radade konstrueerimine või mõlema arvessevõtmine.
Elektroonikatoodete ja -seadmete miniaturiseerimine ja suur võimsus nõuavad, et ka soojusjuhtivate materjalide soojusjuhtivust tuleks pidevalt parandada. Seetõttu on kõrge soojusjuhtivus, suurepärane tiksotroopia ja hea säilivusstabiilsus soojusjuhtivate materjalide kõige olulisem uurimis- ja arendussuund.
