थर्मल इंटरफेस सामग्री के थर्मल सिद्धांत और सुधार रणनीतियाँ
लघुकरण, उच्च शक्ति घनत्व और उच्च एकीकरण की दिशा में आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के विकास के साथ, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की गर्मी अपव्यय समस्या उपकरणों के सेवा जीवन और प्रदर्शन को प्रभावित करने वाला एक महत्वपूर्ण कारक बन गई है, खासकर 5जी क्षेत्र में। इसलिए, इस समस्या को हल करने के लिए बेहतर थर्मल प्रबंधन समाधान की आवश्यकता है। सामान्यतया, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों द्वारा उत्पन्न गर्मी को हीट सिंक की सतह पर स्थानांतरित करने की आवश्यकता होती है, और इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस और हीट सिंक के बीच थर्मल इंटरफेस सामग्री (टीआईएम) भरने से गर्मी हस्तांतरण क्षमता अधिकतम हो सकती है।
टीआईएम मुख्य रूप से कार्बनिक मैट्रिक्स और अकार्बनिक भराव से बने होते हैं। इसलिए, टीआईएम की समग्र तापीय चालकता पॉलिमर और अकार्बनिक भराव की तापीय चालकता, पॉलिमर और अकार्बनिक भराव के इंटरफेशियल थर्मल प्रतिरोध और अकार्बनिक भराव की संपर्क सतहों के बीच इंटरफेशियल थर्मल प्रतिरोध द्वारा निर्धारित की जाएगी। तापीय चालकता मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉनों या/और फ़ोनों द्वारा निर्धारित की जाती है, और चिप द्वारा उत्पन्न गर्मी को टिम्स के माध्यम से हीट सिंक में स्थानांतरित किया जाता है, जिससे गर्मी अपव्यय प्रणाली का परिसंचरण प्राप्त होता है और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को ठंडा किया जाता है।
इलेक्ट्रॉनिक ताप संचालन मुख्य रूप से प्रवाहकीय तापीय प्रवाहकीय सामग्रियों में होता है। जब ये सामग्रियां असंतुलित वातावरण में होती हैं, तो इलेक्ट्रॉन उच्च से निम्न तापमान की ओर फैलेंगे, जिससे संबंधित धाराएं और ताप प्रवाह उत्पन्न होंगे, जिसके परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉनिक ताप संचालन होगा। मीडिया और गैर-प्रवाहकीय पॉलिमर में, ऊष्मा चालन आमतौर पर फोनन ऊष्मा चालन होता है। जब इस प्रकार की सामग्री के एक तरफ को गर्म किया जाता है, तो सामग्री की जाली कंपन करती है, और संबंधित कंपन आसन्न परमाणुओं तक प्रेषित होती है, जिसके परिणामस्वरूप सामग्री में गर्मी का प्रवाह स्थानांतरित हो जाता है। आमतौर पर, जिन टीआईएम से हमारा सामना होता है वे इसी प्रकार के होते हैं। टीआईएम के एक घटक के रूप में, अकार्बनिक गैर-धातु भराव में अपेक्षाकृत नियमित जाली वितरण होता है, और फ़ोनन जाली दिशा के साथ फैल सकते हैं, जो अक्सर उत्कृष्ट थर्मल चालकता प्रदर्शित करते हैं; पॉलिमर के एक अन्य महत्वपूर्ण घटक में, पॉलिमर श्रृंखलाएं आपस में जुड़ी हुई हैं और उच्च गति वाले फोनन का संचालन नहीं करती हैं। ये फ़ोनन पॉलिमर श्रृंखला इंटरफ़ेस पर अत्यधिक बिखरे हुए हैं, जिसके परिणामस्वरूप फ़ोनन प्रवाह में महत्वपूर्ण कमी और तापीय चालकता में कमी आती है। इसलिए, तापीय चालकता में सुधार के लिए फोनन के प्रकीर्णन को कम करना विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।
टीआईएम के निर्माण की पारंपरिक विधि उच्च तापीय चालकता वाले अकार्बनिक भराव का उपयोग करना है। हालाँकि, पॉलिमर पॉलिमर की कम तापीय चालकता के कारण, इस तरह से निर्मित टीआईएम की समग्र तापीय चालकता अक्सर अकार्बनिक भराव के साथ उनके इंटरफ़ेस थर्मल प्रतिरोध के कारण आदर्श नहीं होती है। इसलिए, अकार्बनिक फिलर्स और पॉलिमर, अकार्बनिक फिलर्स और अकार्बनिक फिलर्स के बीच इंटरफेशियल थर्मल प्रतिरोध को कम करना, और थर्मल चालकता पथ का निर्माण करना, या दोनों को ध्यान में रखना, टीआईएम की थर्मल चालकता में सुधार की दिशा बन गई है।
इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों और उपकरणों के लघुकरण और उच्च शक्ति के लिए आवश्यक है कि तापीय प्रवाहकीय सामग्रियों की तापीय चालकता में भी लगातार सुधार किया जाए। इसलिए, उच्च तापीय चालकता, उत्कृष्ट थिक्सोट्रॉपी और अच्छी भंडारण स्थिरता तापीय प्रवाहकीय सामग्रियों की सबसे महत्वपूर्ण अनुसंधान और विकास दिशा है।
