สถานะการพัฒนาและมาตรการรับมือของวัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อน

อุณหภูมิสูงอาจส่งผลเสียต่อความเสถียร ความน่าเชื่อถือ และอายุการใช้งานของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ มักจะมีช่องว่างเล็กๆ ระหว่างชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์และตัวระบายความร้อน ส่งผลให้พื้นที่สัมผัสจริงเพียง 10 เปอร์เซ็นต์ของพื้นที่ฐานของตัวระบายความร้อน ซึ่งเป็นอุปสรรคต่อการถ่ายเทความร้อนอย่างรุนแรง การใช้วัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อนเพื่อเติมเต็มช่องว่างสามารถลดความต้านทานความร้อนของการสัมผัสได้อย่างมาก และช่วยให้มั่นใจได้ว่าความร้อนที่เกิดจากชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่ให้ความร้อนจะถูกระบายออกทันเวลา

ด้วยการมาถึงของยุค Internet of Things การบูรณาการผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ยังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้ การเปิดตัวสัญญาณความถี่สูงและการอัพเกรดส่วนประกอบฮาร์ดแวร์ทำให้จำนวนอุปกรณ์และเสาอากาศที่เชื่อมต่อเพิ่มขึ้นสองเท่า ส่งผลให้การใช้พลังงานเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องและการสร้างความร้อนเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว วัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อนมีค่าการนำความร้อนที่ดีเยี่ยมและความสามารถในการปรับตัวต่อสิ่งแวดล้อมได้ดี ซึ่งให้ความช่วยเหลือที่มีประสิทธิภาพสำหรับการบูรณาการและการย่อขนาดของอุปกรณ์ในระดับสูง และคาดว่าจะกลายเป็นโซลูชันการจัดการระบายความร้อนที่ก่อกวนและเปลี่ยนแปลงได้มากที่สุด

ในแง่ของอุตสาหกรรม อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งมีสามภาคส่วนร้อนนำเสนอความต้องการระบบการจัดการระบายความร้อนขั้นสูงและวัสดุอินเทอร์เฟซในการระบายความร้อนเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ:
เครื่องใช้ไฟฟ้าอัจฉริยะ:ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ของสมาร์ทโฟนและแท็บเล็ตมีโครงสร้างที่แน่นหนาและบูรณาการสูง และการปรับปรุงความหนาแน่นของฟลักซ์ความร้อนอย่างต่อเนื่องได้ทำให้เกิดข้อกำหนดที่สูงขึ้นสำหรับระบบการจัดการความร้อน
     อุปกรณ์สื่อสาร:อุปกรณ์สื่อสารมีความซับซ้อนมากขึ้นเรื่อยๆ การใช้พลังงานเพิ่มขึ้น และค่าความร้อนก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งจะทำให้ความต้องการวัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อนเพิ่มขึ้นอย่างมาก
อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์:ในอีกด้านหนึ่ง อุณหภูมิในการทำงานของโมดูลควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ของเครื่องยนต์ โมดูลจุดระเบิด โมดูลพลังงาน และเซ็นเซอร์ต่างๆ นั้นสูงมาก ในทางกลับกัน พลังงานแบตเตอรี่ของรถยนต์พลังงานใหม่นั้นมีมาก และการระบายความร้อนด้วยอากาศและการระบายความร้อนด้วยน้ำแบบดั้งเดิมนั้นไม่เพียงพอที่จะรับมือกับการกระจายความร้อนขนาดใหญ่ มีความต้องการวัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อนอย่างเร่งด่วนและเป็นส่วนตัว
นอกจากนี้ อุปกรณ์ที่ใช้ในการบิน การบินและอวกาศ การทหาร และสาขาอื่นๆ มักจะต้องทำงานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น ความถี่สูง ไฟฟ้าแรงสูง พลังงานสูง และอุณหภูมิที่สูงมาก และต้องการความน่าเชื่อถือสูง เวลาทำงานที่ปราศจากข้อผิดพลาดที่ยาวนาน และอย่างมาก ข้อกำหนดประสิทธิภาพที่ครอบคลุมสูงสำหรับวัสดุกระจายความร้อน

จากข้อมูลการวิจัยของ BCC ขนาดตลาดทั่วโลกของวัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อนเพิ่มขึ้นจาก 716 ล้านดอลลาร์ในปี 2014 เป็น 937 ล้านดอลลาร์ในปี 2018 โดยมีอัตราการเติบโตต่อปีที่ 7.4 เปอร์เซ็นต์ คาดว่าขนาดตลาดจะสูงถึง 1.08 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2564 โดยภูมิภาคเอเชียแปซิฟิกจะมีมูลค่าเกิน 812 ล้านดอลลาร์สหรัฐ ยุโรปประมาณ 113 ล้านดอลลาร์สหรัฐ อเมริกาเหนือประมาณ 101 ล้านดอลลาร์สหรัฐ และภูมิภาคอื่นๆ ประมาณ 54 ล้านดอลลาร์สหรัฐ ดอลลาร์สหรัฐ

คอมโพสิตที่ใช้โพลีเมอร์นำความร้อนมีข้อดีคือมีความหนาแน่นต่ำ คุณสมบัติไดอิเล็กทริกที่ดีเยี่ยม ราคาวัตถุดิบต่ำ และการประมวลผลที่ง่าย แต่ค่าการนำความร้อนของคอมโพสิตนำความร้อนที่ใช้โพลีเมอร์ค่อนข้างต่ำ วัสดุนาโนอนินทรีย์ เช่น อลูมิเนียมออกไซด์ อลูมิเนียมไนไตรด์ ซิลิคอนคาร์ไบด์ โบรอนไนไตรด์ และท่อนาโนคาร์บอนสามารถปรับปรุงการนำความร้อนของวัสดุโพลีเมอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่สารตัวเติมอนินทรีย์จะทำให้วัสดุโพลีเมอร์เปราะและแข็ง ในปัจจุบันยังไม่มีวิธีแก้ปัญหาที่ดีสำหรับปัญหานี้ และโดยพื้นฐานแล้วตลาดระหว่างประเทศและในประเทศก็เป็นไปในทิศทางเดียวกัน

วัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อนที่เหมาะสมควรมีลักษณะดังต่อไปนี้: การนำความร้อนสูง ความยืดหยุ่นสูง ความสามารถในการเปียกของพื้นผิว ความหนืดที่เหมาะสม ความไวต่อแรงดันสูง ความเสถียรของวงจรความร้อนและความเย็นที่ดี สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ ฯลฯ ดังนั้น ประเด็นเพิ่มเติมจำเป็นต้องได้รับการแก้ไข:
ประการแรก ในการออกแบบวัสดุคอมโพสิตที่ทำจากโพลีเมอร์ จำเป็นต้องมีการออกแบบการเสริมแรงขั้นสูงเพิ่มเติมเพื่อปรับปรุงการนำความร้อน ในขณะเดียวกันก็รับประกันคุณสมบัติทางกล
ประการที่สอง ในแง่ของการเตรียมวัสดุและการแปรรูป จำเป็นต้องปรับปรุงการประสานส่วนต่อประสานระหว่างสารตัวเติม ส่วนเสริม และเมทริกซ์ เพื่อให้ได้โครงร่างวัสดุคอมโพสิตในอุดมคติ
ประการที่สาม ในแง่ของการวิจัยทางทฤษฎีขั้นพื้นฐาน จำเป็นต้องเข้าใจเพิ่มเติมเกี่ยวกับการนำความร้อนของโฟนันหลายระดับ กลไกการนำพาของพาหะ กลไกการมีเพศสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนของโฟนอน กลไกการขนส่งอิเล็กตรอนและโฟนอนที่ซับซ้อนที่อินเทอร์เฟซ ฯลฯ เพื่อให้เป็นพื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับ การออกแบบวัสดุเชื่อมต่อการระบายความร้อน