Складывая время и пространство, не теряя эффективности: Проблемы терморегулирования в гибких устройствах и подход SIFOC 

В эпической эволюции потребительской электроники гибкие складные устройства, без сомнения, являются новейшей и самой захватывающей главой . Подобно изысканному оригами из будущего, они объединяют широкий вид планшета с портативностью смартфона, переопределяя границы человеко-машинного взаимодействия . Однако amidst   this elegant folding and unfolding, разворачивается безмолвная битва между теплом и силой . Когда мощные чипы работают на высоких скоростях в корпусе, тонком, как крыло цикады, как одеть это «бескостное тело» в «доспех», который может двигаться вместе с ним и эффективно рассеивать тепло, стало ключевым вызовом, определяющим успех или провал этой технологической революции . Это не просто испытание материалов, а предельное исследование в области терморегулирования .

I.Основной конфликт: «Игра с нулевой суммой»междупредельной гибкостью и потребностями в жестком охлаждении

Терморегулирование традиционных электронных устройств — это, по сути, война по созданию жестких, эффективных путей отвода тепла в ограниченном пространстве . Мы полагаемся на громоздкие испарительные камеры, прочные металлические рамы и термопасту фиксированного состава, которые действуют как стальные арматуры и бетон города, создавая фиксированные пути эвакуации для тепла . Однако гибкие складные устройства полностью перевернули эту парадигму. Их основной конфликт заключается в противостоянии между механическим требованием предельной гибкости и физической потребностью в эффективном рассеивании тепла, образуя, казалось бы, «игру с нулевой суммой» .

В частности, проблемы проявляются на следующих уровнях:

1.Динамические изменения пространственной геометрии Когда устройство находится всложенном или разложенном состоянии, его внутренняя пространственная структура претерпевает фундаментальные изменения . Относительное положение и расстояние между основным источником тепла на материнской плате и областью рассеивания тепла являются динамическими . Это означает, что фиксированный, высокоэффективный путь рассеивания тепла не может существовать; решение для терморегулирования должно обладать «адаптивными» возможностями.

2.Механическая усталость от сотен тысячсгибаний Область шарнирагибкого экрана — это зона с наивысшей концентрацией механических напряжений во всем устройстве, а также «ключевой узел» для терморегулирования. Любой тепловой материал, развернутый здесь, должен выдерживать десятки тысяч, а то и сотни тысяч повторных сгибаний . В этих экстремальных условиях традиционные тепловые прокладки или термопасты крайне подвержены растрескиванию, расслоению и отделению от интерфейса т . е . «расслоению», что приводит к резкому увеличению термического сопротивления в течение жизненного цикла продукта и, в конечном итоге, к термическому троттлингу.

3.Интерфейсная проблема разнородных материалов Внутренняя часть гибкого устройства — это «плавильный котел» из различных материалов, включая стекло, полиимид CP I / P I , ультратонкую нержавеющую сталь и алюминиевые сплавы.

Коэффициенты теплового расширения КТР этих материалов сильно различаются . В процессе работы устройства, его нагреве и охлаждении, разные материалы расширяются и сжимаются в разной степени, подвергая теплопроводящий интерфейсный материал ТИМ непрерывному сдвиговому напряжению . Это требует от ТИМ не только проводить тепло, но и обладать превосходными «демпфирующими» и «адгезионными» свойствами на интерфейсе, чтобы выдержать суровое испытание термомеханического циклирования .

4.Подавление производительности в условиях предельной тонкости Для достижениялегкого ощущения при складывании толщина устройства сжимается до предела. Это практически полностью исключает любые активные решения для охлаждения такиекаквентиляторы, в то время как пространство для пассивных охлаждающих материалов исчисляется в микрометрах . Как достичь спо собно сти рассеивать тепло, далеко превышающую его объем, в «толщине листа бумаги» — это высший тест для науки о материалах .

II. Путь к прорыву: «Эволюционная дорожная карта» материалов для терморегулирования следующего поколени

Столкнувшись с вышеупомянутыми проблемами, материалы для терморегулирования переживают глубокую «эволюцию». Традиционные материалы больше не справляются с   задачей. Новое поколение решений должно обладать множеством характеристик, таких как гибкость, ультратонкость, высокая надежность и интеллектуальный отклик .

Ультратонкие гибкие фазопереходные материалыФПМ Фазопереходные материалы размягчаются из твердого состояния в полужидкое при определенной температуре, активно смачивая интерфейс для достижения чрезвычайно низкого контактного термического сопротивления. Благодаря уникальной разработке состава, SIFOC сжала их толщину до уровня 0,1 мм и наделила их превосходной устойчивостью к усталости при изгибе . Они остаются твердыми в нерабочем состоянии, обеспечивая структурную поддержку; под высокой нагрузкой они размягчаются, чтобы идеально заполнять микрозазоры, создаваемые изгибом, становясь «умным переключателем» для динамических тепловых путей .

Анизотропные теплопроводящие материалы Эти материалы действуют как «улицас односторонним движением» для тепла . Например, искусственные графеновые пленки имеют теплопроводность в вертикальном направлении осьZ , которая намного выше, чем в плоскостном направлении осьX −  Y. Нанесенные под экраном, они могут эффективно проводить тепло от чипа вертикально к корпусу, предотвращая распространение тепла по плоскости экрана, избегая локального перегрева, ощущаемого пользователем, и идеально балансируя рассеивание тепла с пользовательским опытом .

Жидкий металл и наножидкости Для«тепловойточки» в складных телефонах — области шарнира — предельная теплопроводность и текучесть жидкого металла показывают большой потенциал . С помощью инновационной технологии микрокапсулирования SIFOC заключает жидкий металл в гибкий полимер . Это сохраняет его высокую теплопроводность, полностью устраняя риски, связанные с его текучестью и коррозионной активностью, делая его пригодным для использования в динамических узлах, требующих высокопрочного и высоконадежного рассеивания тепла .

III. Симбиотический подход SIFOC: от поставщика материалов до архитектора решений

В области терморегулирования для гибких устройств простого предоставления стандартизированных материалов далеко не достаточно . SIFOC давно вышла за рамки традиционного поставщика материалов, позиционируя себя как «архитекторы решений», которые совместно эволюционируют с нашими клиентами. Наша основная философия: позволить материалам для терморегулирования «симбиотически сосуществовать» с механической жизнью устройства, а не просто «адаптироваться» к ней .

Эта философия отражена в нашем комплексном сервисе:

1.Раннее вовлечение и совместное моделирование На ранних этапахпроектирования продукта клиента команда инженеров SIFOC вовлекается в процесс, тесно сотрудничая со структурными и аппаратными инженерами клиента . Мы используем передовые инструменты метода конечных элементов МКЭ для совместного моделирования распределения напряжений и путей теплового потока устройства в различных рабочих условиях, таких как складывание, раскладывание и падение, чтобы точно определить «зоны высокого риска» и «точки роста» для терморегулирования .

2.Разработка кастомизированных материалов Основываясь на результатах моделирования, SIFOC не выбирает решение из каталога продуктов, а «шьет» его на заказ . Например, для складного телефона одного из клиентов мы разработали серию SIFOC-FPC ультратонких, устойчивых к усталости фазопереходных прокладок . Введя специальную эластомерную матрицу и наноразмерные теплопроводящие наполнители, мы добились того, что скорость деградации тепловой производительности материала составляет менее 3% после выдержки более 200 000 циклов изгиба с радиусом 1,5 мм, что значительно превышает средний показатель по отрасли .

3.Системные решения для области шарнира Для решения основной проблемышарнираSIFOC предоставляет комплексный подход. Мы можем нанести слой анизотропной графеновой пленки на стальную пластину внутри шарнира для быстрой передачи тепла от материнской платы к шарниру. Затем, в ключевых точках контакта между шарниром и задней крышкой, мы используем процесс дозирования для точного нанесения микрокапсулированного жидкого металла серии SIFOC-LM в качестве окончательного «экспресс-маршрута» для тепла. Такое системное решение обеспечивает эффективное рассеивание тепла даже в сложной динамической структуре .

4.Строгая проверка надежности Мы хорошо осведомлены оразрывемежду лабораторными данными и реальным опытом пользователя . SIFOC установила полный процесс тестирования надежности, включая циклические испытания при высоких и низких температурах, усталость при изгибе и влажное тепловое старение, чтобы гарантировать, что каждое предложенное нами материальное решение может стабильно и надежно работать в  течение всего жизненного цикла продукта .

Заключение: Складывая будущее, с терморегулированием во главе

Будущее гибких складных устройств — это будущее безграничных форм и неограниченной производительности. На пути к этому будущему терморегулирование перестает быть второстепенной ролью и становится краеугольным камнем, определяющим потолок инноваций . С наукой о материалах как нашим судном и инженерными приложениями как нашими веслами, SIFOC стремится быть самым надежным партнером для каждого новатора в этом сложном путешествии. Мы верим, что глубоко интегрируя мудрость материалов с механической жизнью устройств, мы можем не только решить сегодняшние проблемы рассеивания тепла, но и совместно открыть новую эру складных устройств, которые будут по-настоящему свободными, эффективными и никогда не будут «перегреваться» .