Для каких продуктов подходит теплопроводящий гель? – Анализ решений для теплового управления в различных сценариях 

I. Определение и характеристики теплопроводящего геля

Теплопроводящий гель – это полутвердый теплопроводящий интерфейсный материал (ТИМ), изготовленный на основе полимерной матрицы с добавлением высокотеплопроводных наполнителей (таких как оксид алюминия, нитрид бора, графен и др.). Он сочетает в себе превосходную теплопроводность теплопроводной пасты с удобством обращения термопрокладок. Обладает низким тепловым сопротивлением, высокой гибкостью, отличной смачиваемостью и сжимаемостью, эффективно заполняя микроскопические воздушные зазоры между электронными компонентами и радиаторами, создавая эффективный путь передачи тепла.

По сравнению с традиционными тепловыми материалами теплопроводящий гель обладает следующими значительными характеристиками:

Высокая теплопроводность: Коэффициент теплопроводности обычно составляет от 1,0 до 8,0 Вт/м·К, некоторые продукты высокого класса превышают 10 Вт/м·К, что позволяет быстро отводить тепло от источника к устройству охлаждения.

Отличная смачиваемость и способность заполнения интерфейсов: Его тиксотропные свойства позволяют полностью заполнять микрозазоры на границе раздела под низким давлением, снижая контактное термическое сопротивление и повышая эффективность теплопередачи.

Долговременная стабильность и надежность: Обладает низкой летучестью, низким отделением масла, устойчивостью к циклам высоких и низких температур и старению, обеспечивая стабильную производительность в течение длительного времени использования без «высыхания» или «растрескивания».

Удобство нанесения: Поддерживает различные методы нанесения, такие как дозирование и трафаретная печать, адаптируется к потребностям автоматизированного производства и повышает эффективность.

Электроизоляция и огнестойкость: Обладает хорошими изоляционными свойствами, некоторые продукты соответствуют классу огнестойкости UL94 V-0, обеспечивая безопасную работу электронного оборудования.

II. Типы продуктов, подходящих для теплопроводящего геля

Благодаря своим превосходным общим характеристикам теплопроводящий гель широко используется в различных электронных продуктах с высоким энергопотреблением, высокой интеграцией и высокими требованиями к теплоотводу. Основные применимые типы продуктов включают:

1. Новые энергетические транспортные средства (NEV)

В новых энергетических транспортных средствах теплопроводящий гель в основном используется для теплового управления ключевых компонентов, таких как силовые батареи, контроллеры двигателей (MCU), бортовые зарядные устройства (OBC), DC-DC преобразователи и силовые модули (например, IGBT, SiC MOSFET). Примеры включают:

Модули силовых батарей: Используется для теплопередачи на границе раздела между ячейками и жидкостными охлаждающими пластинами, улучшая равномерность температуры, предотвращая локальный перегрев и продлевая срок службы батареи.

Контроллеры двигателей и силовые модули: Заполняет зазоры между силовыми полупроводниковыми приборами и радиаторами, быстро отводя тепло, чтобы предотвратить снижение производительности или тепловой разгон из-за чрезмерных температур.

Блоки электронного управления (ECU): Используется для теплопередачи между чипами ECU и корпусами охлаждения, обеспечивая стабильную работу системы управления.

2. Коммуникационное оборудование и центры обработки данных

Поскольку плотность мощности коммуникационного оборудования, такого как базовые станции 5G, периферийные вычислительные устройства, серверы и коммутаторы, продолжает расти, проблемы теплоотвода становятся все более критичными. Теплопроводящий гель широко используется в:

Модули усилителей мощности базовых станций: Используется для теплопередачи между чипами PA и основаниями радиаторов, обеспечивая стабильную работу при высокой нагрузке.

Модули охлаждения CPU/GPU серверов: Служит интерфейсным материалом между процессорами и радиаторами, повышая эффективность теплоотвода и снижая рабочие температуры.

Оптические модули и высокочастотные устройства: В условиях высокой частоты и высокой мощности теплопроводящий гель эффективно контролирует температуру устройства, обеспечивая качество передачи сигнала.

3. Потребительская электроника

В потребительской электронике, такой как смартфоны, планшеты, ноутбуки и TWS-наушники, теплопроводящий гель в основном используется для:

Процессоры (AP/CP) и модули камер: Используется для теплопередачи между чипами и теплораспределителями или средними рамами, предотвращая снижение производительности или зависание устройств из-за перегрева.

Адаптеры быстрой зарядки и катушки беспроводной зарядки: Наносится вблизи чипов быстрой зарядки и катушек для повышения эффективности зарядки и снижения температурного нагрева.

Модули подсветки OLED-дисплеев: Используется для теплопередачи между драйверными IC и структурами теплоотвода, продлевая срок службы экрана.

4. Промышленная автоматика и оборудование

Промышленные контроллеры, такие как ПЛК (PLC), частотные преобразователи, сервоприводы и промышленные источники питания, часто должны работать стабильно в течение длительного времени в суровых условиях. Применения теплопроводящего геля в этих устройствах включают:

Теплоотвод силовых приборов: Используется для теплопередачи между силовыми приборами (например, IGBT, MOSFET) и радиаторами, повышая надежность системы.

Платы управления и датчики: Используется для теплопередачи между чипами с высоким тепловыделением и корпусами, предотвращая ошибки измерений или отказы оборудования из-за перегрева.

5. Светодиодное освещение и дисплейное оборудование

В мощных светодиодных осветительных приборах, светодиодных дисплеях и устройствах отображения Mini/Micro LED теплопроводящий гель используется для:

Теплопередачи между светодиодными чипами и подложками: Повышает световую отдачу и продлевает срок службы светодиодов.

Модули драйверов питания: Используется для теплопередачи между силовыми IC и радиаторами, обеспечивая долговременную стабильную работу светильников.

III. Преимущества применения теплопроводящего геля

По сравнению с традиционными тепловыми материалыми теплопроводящий гель демонстрирует значительные преимущества в практических применениях:

Подходит для сложных конструкций: Может адаптироваться к неровным поверхностям и малым зазорам, что особенно подходит для электронных устройств с высокой плотностью компоновки.

Снижает тепловое сопротивление на границе раздела: Отличная смачиваемость обеспечивает плотный контакт материала с поверхностями, снижая тепловое сопротивление и повышая эффективность теплопередачи.

Повышает эффективность производства: Поддерживает автоматизированные процессы дозирования, сокращает ручной труд, повышает повторяемость и эффективность производства.

Долговременная надежность: Сохраняет стабильную теплопроводность и механическую прочность даже в сложных условиях, включая высокие температуры, высокую влажность и вибрацию.

IV. Тенденции будущего развития

Поскольку электронные устройства развиваются в сторону миниатюризации, большей мощности и большей интеграции, требования к производительности теплопроводящих гелей также растут. В будущем теплопроводящие гели будут демонстрировать следующие тенденции развития:

Более высокая теплопроводность: Разработка гелей сверхвысокой теплопроводности, превышающей 15 Вт/м·К, за счет внедрения новых теплопроводных наполнителей (например, алмаз, углеродные нанотрубки).

Интеллектуальность и функциональность: Разработка многофункциональных композитных теплопроводящих гелей с такими функциями, как самовосстановление, аккумулирование энергии при фазовом переходе и электромагнитное экранирование.

Экологическая устойчивость: Разработка экологически чистых теплопроводящих гелей, не содержащих растворителей, с низким содержанием ЛОС (VOC) и пригодных для вторичной переработки, чтобы соответствовать глобальным экологическим нормам.

Индивидуальные решения: Предоставление индивидуальных продуктов теплопроводящего геля, адаптированных к различным отраслям и сценариям применения, удовлетворяющих индивидуальные потребности клиентов.

V. Решения SIFOC в области теплопроводящих гелей

Являясь ведущим поставщиком высокоэффективных материалов для теплового управления, компания SIFOC New Materials использует мощные возможности НИОКР и обширный отраслевой опыт для разработки серии высокоэффективных теплопроводящих гелей, широко используемых в новых энергетических транспортных средствах, коммуникационном оборудовании, потребительской электронике, промышленной автоматике и других областях. Наши теплопроводящие гели обладают превосходной теплопроводностью, долговременной стабильностью и удобством нанесения, предоставляя клиентам эффективные и надежные решения для теплового управления.

В будущем SIFOC продолжит руководствоваться технологическими инновациями и ориентироваться на потребности клиентов, непрерывно выводя на рынок более производительные, экологичные и интеллектуальные теплопроводящие гели, способствуя развитию электронных устройств в направлении повышения эффективности, безопасности и устойчивости.