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服務(wù)熱線

液態(tài)金屬在熱管理材料設(shè)計(jì)及其在 5G 工程中的應(yīng)用

【概要描述】5G市場(chǎng)巨大數(shù)據(jù)流量對(duì)于通訊終端的芯片、天線等部件提出了更高的要求，器件功耗大幅提升的同時(shí)，引起這些部位發(fā)熱量的急劇增加。熱管理材料是當(dāng)前5G射頻芯片、毫米波天線、無(wú)線充電、無(wú)線傳輸、IGBT、印刷線路板、AI和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域最為有效的散熱材料，具有不可替代性。

液態(tài)金屬在熱管理材料設(shè)計(jì)及其在 5G 工程中的應(yīng)用

【概要描述】5G市場(chǎng)巨大數(shù)據(jù)流量對(duì)于通訊終端的芯片、天線等部件提出了更高的要求，器件功耗大幅提升的同時(shí)，引起這些部位發(fā)熱量的急劇增加。熱管理材料是當(dāng)前5G射頻芯片、毫米波天線、無(wú)線充電、無(wú)線傳輸、IGBT、印刷線路板、AI和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域最為有效的散熱材料，具有不可替代性。

詳情

　　5G市場(chǎng)巨大數(shù)據(jù)流量對(duì)于通訊終端的芯片、天線等部件提出了更高的要求，器件功耗大幅提升的同時(shí)，引起這些部位發(fā)熱量的急劇增加。熱管理材料是當(dāng)前5G射頻芯片、毫米波天線、無(wú)線充電、無(wú)線傳輸、IGBT、印刷線路板、AI和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域最為有效的散熱材料，具有不可替代性。

　　在 5G 網(wǎng)絡(luò)下，手機(jī)具有更高的功耗及發(fā)熱。主要原因可概括為三點(diǎn)：一是5G網(wǎng)絡(luò)具有更高的網(wǎng)速及頻率，手機(jī)會(huì)在同等時(shí)間內(nèi)進(jìn)行更多次數(shù)的數(shù)據(jù)傳輸、交互。二是 5G 終端設(shè)備采用MIMO天線技術(shù)，手機(jī)需要內(nèi)置更多天線，根據(jù)Qorvo數(shù)據(jù)，在 Sub-6Ghz 頻段需要 8-10 根天線，在毫米波頻段需要10-12根天線，每根天線都有自己的功率放大器，導(dǎo)致功耗及發(fā)熱的增加。三是在5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋率較低、信號(hào)較弱的情況下，手機(jī)頻繁搜索信號(hào)的行為也會(huì)造成較大的功耗及發(fā)熱。

　　

 

　　2022年以來(lái)，5G技術(shù)邁向全面普及，消費(fèi)電子產(chǎn)品向高功率、高集成、輕薄化和智能化方向加速發(fā)展。由于集成度、功率密度和組裝密度等指標(biāo)持續(xù)上升，5G時(shí)代電子器件在性能不斷提升的同時(shí)，工作功耗和發(fā)熱量急劇升高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電子器件因熱集中引起的材料失效占總失效率的65%~80%。為避免過(guò)熱帶來(lái)的器件失效，導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱凝膠、石墨導(dǎo)熱片、熱管和均熱板(VC)等技術(shù)相繼出現(xiàn)、持續(xù)演進(jìn)，散熱管理已經(jīng)成為5G時(shí)代電子器件的“硬需求”。

　　(1)熱界面材料應(yīng)用

　　熱界面材料是用于涂敷在散熱器件與發(fā)熱器件之間用以降低接觸熱阻所使用的材料的總稱。目前，市場(chǎng)上常用的熱界面材料主要是有機(jī)硅脂，其不足之處在于熱導(dǎo)率較低，一般只有0.2 W/(m·K)左右，其導(dǎo)熱能力有限。在導(dǎo)熱硅脂中添加高導(dǎo)熱納米顆?？梢蕴嵘錈釋?dǎo)率，比如，添加銅或鋁納米顆?？梢允蛊錈釋?dǎo)率到達(dá)1 W/(m·K)左右，但在高熱流場(chǎng)合還是難以滿足實(shí)際需求。與普通的硅脂熱界面材料相比，液態(tài)金屬熱界面材料的熱導(dǎo)率更高，具有熱阻低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。液態(tài)金屬在熱界面材料方面的使用形式主要有液態(tài)金屬導(dǎo)熱膏和金屬導(dǎo)熱墊片兩種。

　　

 

　　液態(tài)金屬導(dǎo)熱凝膠這一熱界面材料，其實(shí)使用液態(tài)金屬來(lái)替代或許會(huì)有更好的效果。一般來(lái)說(shuō)熱界面材料導(dǎo)熱率越高其自然熱阻越小，那么相應(yīng)的界面熱阻也就越小，對(duì)于導(dǎo)熱來(lái)說(shuō)效果也就越好。

　　傳統(tǒng)的導(dǎo)熱界面材料主要是硅脂類，近幾年通過(guò)高達(dá)熱納米顆粒的摻雜也是將導(dǎo)熱率控制在了4~8W/(m·K)水平，而對(duì)于處于室溫液態(tài)金屬熱界面材料直接就將導(dǎo)熱率提升一個(gè)量級(jí)，達(dá)到了10~40W/(m·K)水平，這樣將會(huì)在散熱方面更有所突破。

　　目前，劉靜實(shí)驗(yàn)室研發(fā)了液態(tài)金屬系列熱界面材料產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化量產(chǎn)，同時(shí)對(duì)于部分應(yīng)用市場(chǎng)需求熱界面材料需電絕緣，實(shí)驗(yàn)室也已經(jīng)通過(guò)實(shí)際研發(fā)成功研制除了相應(yīng)的液態(tài)金屬/硅脂復(fù)合熱界面材料，這樣子也攻克了“高導(dǎo)熱不導(dǎo)電”這一看似矛盾的技術(shù)難題。

　　導(dǎo)熱系數(shù)和厚度是評(píng)估散熱材料的核心指標(biāo)。傳統(tǒng)手機(jī)散熱材料以石墨片和導(dǎo)熱凝膠等熱界面材料為主，但是石墨片存在導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較低，熱界面材料則存在厚度相對(duì)較大等問(wèn)題。在手機(jī)廠商的推動(dòng)下，石墨烯材料持續(xù)取得突破，開(kāi)始切入到消費(fèi)電子散熱應(yīng)用;熱管和VC厚度不斷降低，開(kāi)始從電腦、服務(wù)器等領(lǐng)域滲透到智能手機(jī)領(lǐng)域。

　　

 

　　對(duì)于5G市場(chǎng)散熱問(wèn)題或許在開(kāi)始階段已經(jīng)成為了剛需所在，而液態(tài)金屬也是作為在這一時(shí)代的散熱技術(shù)儲(chǔ)備，各種科研人員在背后的努力是為了更好的再明天需要之時(shí)所為之所用。面對(duì)當(dāng)前散熱市場(chǎng)的需求，液態(tài)金屬相變材料系列也經(jīng)過(guò)了有關(guān)的測(cè)試，在性能方面伴隨溫度的變化來(lái)滿足不同溫度區(qū)間的散熱需求，這樣也讓散熱處于一個(gè)動(dòng)態(tài)的變化中，滿足不同的散熱需求。

　　所以5G手機(jī)散熱市場(chǎng)的切入是液態(tài)金屬的一小步，但是背后也就是液態(tài)金屬對(duì)5G整個(gè)市場(chǎng)的大步邁入。

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