Gel térmico | cuando el relleno flexible se encuentra con baja resistencia térmica - la Potencia informática de la IA y la revolución del "puente térmico" en la nueva era energética

I. ¿ por qué es "gel" - comprender las ventajas de rendimiento desde la morfología del material

Los geles conductores de calor son una clase de materiales de interfaz térmica en forma de pasta con caucho de silicona como matriz y rellenos conductores de calor de alto relleno (alúmina, nitruro de boron, óxido de zinc, etc.). En comparación con las juntas térmicas tradicionales y las pastas térmicas, las ventajas centrales del gel térmico se pueden resumir en tres palabras clave: ajuste flexible, baja resistencia térmica y repavimentación.

El ajuste flexible proviene de las características de bajo módulo del gel. La dureza de los geles conductores de calor suele estar en el rango Shore Oo 20 - 50, que puede llenar la superficie de contacto húmeda a una presión más baja (20 - 40 psi). En comparación con las juntas conductoras de calor, que requieren una mayor presión de montaje para presionar los huecos microscópicos, el gel conductor de calor puede llenar adaptativamente varias interfaces irregulares, ya sea la rugosidad a nivel de micras de la superficie mecanizada o la brecha a nivel de milímetros causada por grandes tolerancia de tamaño, puede lograr una tasa de llenado de interfaz cercana al 100%. Esto es particularmente crítico para los escenarios de gran área y gran tolerancia entre la batería y la placa fría en el paquete de baterías de vehículos de Nueva energía.

La baja resistencia térmica es el índice de rendimiento central del gel térmico. La resistencia térmica total de la interfaz térmica se compone de dos partes: resistencia térmica del cuerpo (dependiendo del grosor y la conductividad térmica) y resistencia térmica de contacto (dependiendo del grado de humectación de la interfaz), mientras que la resistencia térmica de contacto a menudo representa entre el 40% y el 70% de la resistencia térmica total. Las características de bajo módulo del gel conductor térmico le permiten reducir la resistencia térmica de contacto a niveles extremadamente Bajos. El gel térmico típico de alta calidad se puede controlar en el rango de 0,08 - 0,30 ℃ · cm m2 / W con un espesor de 50 - 200 micras. Hay estudios que muestran que un gel altamente conductor (lambda ¿ 3,75w / M · k) tiene una resistencia térmica total tan baja como 0062 ° C / W cuando se comprime a unos 107 micras, aproximadamente un 7% - 10% menos que un producto comercial similar. En el sistema de gestión de baterías de vehículos de Nueva energía, el aumento de temperatura de la batería se puede controlar eficazmente en un rango seguro utilizando gel con una conductividad térmica de 6 - 8w / M · K y un espesor controlado dentro de 150 micras.

La repavimentación es una ventaja única del gel térmico sobre los materiales curados. El gel térmico de separación de un solo grupo suele ser de curado previo o incompleto, no se solidifica completamente después de la construcción, y el gel se puede quitar fácilmente al desmontar el disipador de calor, lo que facilita la reparación y reutilización del dispositivo. Esto tiene un importante valor de ingeniería para el mantenimiento y actualización del servidor del Centro de datos.

De acuerdo con el método de solidificación, los geles conductores de calor se dividen en dos categorías principales: un componente y dos componentes. El gel térmico de separación de un solo grupo está listo para abrir la tapa sin mezcla, desencadenando la reacción de solidificación a través del calentamiento o la humedad, apoyando el proceso automatizado de dispensación de pegamento, adecuado para escenarios que requieren alta eficiencia de producción. El gel térmico de doble componente debe mezclarse proporcionalmente en el sitio y solidificarse después de mezclar los componentes A / b, especialmente diseñado para el entorno de baja presión y las necesidades de alto módulo de compresión, que puede llenar con precisión la interfaz desigual y tener una mejor estabilidad a largo plazo. Algunos productos de alta gama también han lanzado geles conductores de calor sin silicio (no a base de silicio) para cumplir con escenarios como módulos ópticos que requieren una limpieza óptica estricta.

II. del laboratorio a la producción en masa: la dirección de la evolución tecnológica de los geles conductores de calor

Los avances tecnológicos en geles conductores de calor se están acelerando. La industria está evolucionando de "conducción térmica única" a "soluciones sistemáticas de gestión térmica".

El avance continuo en la conductividad térmica es la dirección principal. En la actualidad, la conductividad térmica de los geles conductores de calor convencionales es en su mayoría de 3 - 10w / M · k, y los productos de alta gama se han acercado o superado los 10w / M · K. A través de un alto volumen de llenado (más del 80% del volumen) de nitruro de aluminio esférico, alúmina o relleno mixto, y optimizando la clasificación del tamaño de las partículas (distribución de doble pico de partículas grandes y pequeñas), se puede construir significativamente una red de conducción térmica de alta eficiencia. Cuando la proporción de volumen de relleno aumenta del 50% al 60%, la conductividad térmica efectiva puede aumentar considerablemente. Dowsil, lanzado por Dow Chemical en 2026 ™ La conductividad térmica del gel térmico TC - 3120 ha alcanzado alrededor de 12w / M · k, al tiempo que se ha logrado una limpieza óptica, que puede soportar las necesidades de disipación de calor de los módulos ópticos 800g y 1,6t.

La optimización extrema de la baja resistencia térmica es otra dirección central. Controlar el espesor del cableado pegajoso dentro de 100 micras es la clave: por cada 50 micras de espesor reducido, la resistencia térmica del cuerpo se puede reducir en aproximadamente un 30% - 50%. En el futuro, se espera que la resistencia térmica típica se presione aún más por debajo de 0,05 ° c· cm m2 / w, proporcionando un soporte de disipación de calor más fuerte para servidores de ia, módulos ópticos 800g y baterías de energía de próxima generación.

La integración multifuncional es una tendencia a más largo plazo. En el futuro, los geles conductores de calor prestarán más atención al diseño de "camino inteligente": la transformación adaptativa de fase, la orientación del control magnético, la coordinación de rellenos multiescala y otras tecnologías reducirán aún más la resistencia térmica de la interfaz y mejorarán la estabilidad a largo plazo. El camino de conducción de calor ya no es un simple apilamiento de materiales, sino un proyecto preciso de "autopista" térmica.

III. tres escenarios básicos de aplicación: de los servidores de Ia a los vehículos de nueva energía

Los servidores de Ia y los centros de datos son las áreas en las que la demanda de geles conductores de calor está creciendo más rápido. Los procesadores y aceleradores de alta potencia utilizados en el sistema de entrenamiento y razonamiento de Ia generan una gran cantidad de calor, y la temperatura caliente en el acelerador de Ia puede ser 10 - 30 grados Celsius más alta que la zona circundante, lo que genera tensión mecánica y aumenta el riesgo de falla. El segmento de materiales conductores de calor avanzados para servidores y centros de datos de inteligencia artificial puede crecer más del 25% anual en 2025, significativamente por encima del crecimiento general de la industria. El material de silicona térmica es una opción ideal para la interfaz entre la CPU y la placa fría gpu, que puede resistir eficazmente el efecto de bombeo causado por el fuerte ciclo térmico causado por las fluctuaciones de la carga de trabajo de ia. A medida que la capacidad de memoria de cada sistema del servidor ai aumenta rápidamente, los requisitos para la cantidad unitaria de materiales conductores de calor y el rendimiento de cada interfaz aumentan simultáneamente. Se espera que el mercado mundial de materiales de interfaz térmica alcance los 4.660 millones de dólares en 2026 y crezca a 7.500 millones de dólares en 2032 con una tasa de crecimiento anual compuesta del 8,22%.

Los vehículos de nueva energía y las baterías de energía son una de las áreas de aplicación con mayor demanda de gel térmico. La doble ola de electrificación e inteligencia de los vehículos de nueva energía ha hecho de la gestión térmica de la batería, el sistema de accionamiento eléctrico y la unidad de cálculo a bordo un nuevo mercado incremental de materiales de interfaz térmica. En el paquete de baterías de Nueva energía, el gel conductor de calor se utiliza principalmente para llenar la brecha entre la batería y la placa de enfriamiento, la tapa superior de la batería y la Caja de disipación de calor térmica, que puede derivar eficazmente el calor de carga y descarga de la batería, inhibir la acumulación de calor local y reducir el riesgo de pérdida de control térmico. El gel térmico de separación de dos grupos es especialmente adecuado para el relleno de huecos complejos o irregulares para satisfacer las necesidades de dispensación de pegamento de la producción a gran escala. En el radar de ondas milimétricas del vehículo, la unidad de control eléctrico (ecu) y el módulo de Potencia igbt, el gel térmico también desempeña un papel clave en la disipación de calor. El mercado mundial de geles conductores de calor continúa expandiéndose a una tasa de crecimiento anual compuesta de alrededor del 6,7% al 7,1%.

Las comunicaciones 5G y la electrónica de consumo son los campos más maduros para aplicaciones de gel térmico. Los dispositivos electrónicos de alta potencia, como equipos de comunicación 5g, centros de datos, servidores y módulos de energía, tienen requisitos estrictos para la gestión térmica. Como material de interfaz con alta conductividad térmica, amortiguación suave, compresibilidad y fácil construcción, el gel térmico se ha convertido en una opción ideal para la gestión térmica de estaciones base 5g, transformadores de comunicación, fuentes de alimentación de alta potencia y otros equipos. En el campo de la electrónica de consumo, con la búsqueda continua del adelgazamiento de los equipos y los límites de rendimiento, los geles conductores de calor de alto rendimiento están acelerando la penetración. La adaptabilidad automatizada de dispensación de gel térmico de separación de un solo grupo lo hace particularmente adecuado para escenarios de producción a gran escala de electrónica de consumo. En escenarios como los módulos ópticos, que tienen requisitos especiales para la limpieza, los geles conductores de calor de baja volatilidad y grado óptico se están convirtiendo en nuevas configuraciones estándar.

IV. puntos clave de selección y sugerencias de diseño

Al seleccionar geles conductores de calor, los ingenieros deben centrarse en las siguientes dimensiones: conductividad térmica y resistencia térmica - la conductividad térmica necesaria para evaluar el consumo de energía del CHIP y el rendimiento del disipador de calor, y la demanda de conductividad térmica varía significativamente entre los diferentes dispositivos de densidad de potencia; Método de solidificación: el componente único es adecuado para la dispensación automatizada y la producción a gran escala, y el componente doble es adecuado para escenarios con mayores requisitos de fiabilidad a largo plazo; Control del espesor del cableado pegajoso: por cada reducción del espesor de 50 micras, la resistencia térmica del cuerpo se puede reducir en aproximadamente un 30% - 50%, y el espesor óptimo debe determinarse de acuerdo con la tolerancia real de la brecha; Tolerancia ambiental: es necesario evaluar el rango de temperatura de trabajo, la resistencia a la intemperie y los requisitos de fiabilidad a largo plazo.

La tecnología avanzada de la Academia proporciona soporte técnico de todo el proceso, desde la selección de materiales, las pruebas de muestras hasta la entrega por lotes, para ayudar a los clientes a incorporar el esquema de gel térmico en las consideraciones del sistema en las primeras etapas del diseño térmico.

V. perspectivas

El mercado mundial de geles conductores de calor continúa expandiéndose a una tasa de crecimiento anual compuesta de alrededor del 6,7% al 7,1%. Bajo el impulso múltiple de la expansión acelerada de la infraestructura de potencia informática de ia, la evolución profunda de la electrificación e inteligencia automotriz y el despliegue continuo de las comunicaciones 5g / 6g, el gel térmico está pasando de ser un "material auxiliar" a una configuración estándar para la gestión térmica de equipos electrónicos de alta densidad de potencia. Al mismo tiempo, la industria continúa evolucionando hacia una mayor conductividad térmica, una menor resistencia térmica, una vida útil más larga y soluciones de aplicación personalizables. En el futuro, las oportunidades de mercado se centrarán principalmente en el gel de alta conductividad térmica de los servidores de ia, el gel de conducción térmica de las baterías de energía de los vehículos de Nueva energía, el gel de conducción térmica de grado óptico de los módulos ópticos y el gel de conducción térmica de baja volatilidad y alta fiabilidad.

Advanced Academy (shenzhen) Technology co., Ltd. continuará cultivando profundamente el campo de los geles conductores de calor para proporcionar a los clientes soluciones de gestión térmica de interfaz con mayor conducción de calor, menor resistencia térmica y más confiables con fórmulas de materiales iterativos continuos y procesos de fabricación.