I. pourquoi "gel" - comprendre les avantages de la performance à partir de la forme du matériau
Les gels thermiquement conducteurs sont une classe de matériaux d'interface thermique pâteux à base de caoutchouc de silicone, fortement chargés de charges thermiquement conductrices (alumine, Nitrure de bore, oxyde de zinc, etc.). Les principaux avantages du gel conducteur de chaleur par rapport aux joints et aux pâtes conductrices de chaleur traditionnels peuvent être résumés en trois mots clés: ajustement flexible, faible résistance thermique, révisable.
L'ajustement flexible résulte des caractéristiques de faible module du gel. La dureté des gels conducteurs de chaleur se situe généralement dans l'intervalle Shore Oo 20 - 50, ce qui permet d'humidifier adéquatement la surface de contact à une pression inférieure (20 - 40 PSI). Contrairement aux joints thermoconducteurs qui nécessitent une pression d'assemblage plus élevée pour presser les vides microscopiques, les gels thermoconducteurs sont capables de remplir de manière adaptative une variété d'interfaces inégales - qu'il s'agisse d'une rugosité de l'ordre du micron sur une surface usinée ou d'un écart de l'ordre du millimètre résultant de tolérances dimensionnelles importantes - pour atteindre un taux de remplissage d'interface proche de 100%. Ceci est particulièrement crucial pour les scénarios de grande surface et de grande tolérance entre le noyau électrique et la plaque froide dans les packs de batteries de véhicules à énergie nouvelle.
La faible résistance thermique est l'indicateur de performance le plus central des gels conducteurs de chaleur. La résistance thermique totale de l'interface thermique est constituée de deux parties: la résistance thermique du corps (en fonction de l'épaisseur et de la conductivité thermique) et la résistance thermique du contact (en fonction du degré de mouillage de l'interface), qui tend à représenter 40 à 70% de la résistance thermique totale. Les caractéristiques de faible module du gel thermiquement conducteur lui permettent de réduire la résistance thermique de contact à un niveau extrêmement bas. Les gels de conduction thermique de haute qualité typiques peuvent être contrôlés dans la gamme 0,08 - 0,30 ° C · cm² / W à une épaisseur de 50 - 200 μm. Des études ont montré qu'un certain gel à haute conductivité thermique (λ ≈ 3,75 W / M · K) a une résistance thermique totale aussi faible que 0062 ℃ / W lorsqu'il est comprimé à environ 107 μm, soit environ 7 à 10% de moins que les produits commerciaux similaires. Dans le système de gestion de la batterie du véhicule New Energy, l'utilisation d'un gel avec une conductivité thermique de 6 - 8 W / M · K et une épaisseur contrôlée à moins de 150 μm permet de contrôler efficacement l'augmentation de la température de la batterie dans un intervalle de sécurité.
La révision est l'avantage unique du gel conducteur de chaleur par rapport aux matériaux durcis. Le gel thermique conducteur monocomposant est généralement de type pré - durci ou non complètement durci, pas complètement durci après la construction, le gel peut être facilement retiré lors du démontage du radiateur, ce qui facilite la révision et la réutilisation des dispositifs. Ceci a une valeur technique importante pour la maintenance et la mise à niveau des serveurs du Centre de données.
Selon le mode de durcissement, les gels conducteurs de chaleur sont divisés en deux grandes catégories de composants simples et doubles. Gel thermique conducteur monocomposant prêt à l'emploi, sans mélange, déclenche une réaction de durcissement par la chaleur ou l'humidité, prend en charge le processus de distribution automatisé et convient aux scénarios nécessitant une efficacité de production élevée. Le gel thermique conducteur à deux composants nécessite un mélange proportionnel des composants A / B sur site après durcissement, conçu pour les environnements à basse pression et les exigences de module de compression élevé, peut être rempli avec précision avec une interface inégale, une meilleure stabilité à long terme. Certains produits haut de gamme ont également introduit des gels conducteurs de chaleur sans silicium (non à base de silicium) pour répondre à des scénarios tels que les modules lumineux qui ont des exigences strictes en matière de propreté optique.
II. Du laboratoire à la production de masse: évolution technologique des gels conducteurs de chaleur
Les progrès technologiques dans les gels conducteurs de chaleur s'accélèrent. L’industrie évolue d’une « conductivité thermique unique » à une « solution de gestion thermique systématisée ».
La percée continue de la conductivité thermique est la première direction. Actuellement, la conductivité thermique du gel de conductivité thermique principal est plus de 3 - 10W / M · K, les produits haut de gamme ont été proches ou supérieurs à 10W / M · K. Grâce à un taux de remplissage élevé (plus de 80% en volume) de nitrure d'aluminium sphérique, d'alumine ou de charges mixtes et à une granulométrie optimisée (distribution bimodale des grosses et petites particules), un réseau de conduction thermique efficace peut être construit de manière significative. La conductivité thermique effective peut être considérablement améliorée lorsque le pourcentage de remplissage en volume passe de 50% à 60%. Dowsil lancé par Dow Chemical en 2026 ™ La conductivité thermique du gel de conductivité thermique TC - 3120 a atteint environ 12W / M · K tout en obtenant une pureté de qualité optique qui peut prendre en charge les besoins de dissipation thermique des modules lumineux 800g et 1,6t.
L'optimisation extrême de la faible résistance thermique est une autre orientation centrale. Le contrôle de l'épaisseur du câblage adhésif à moins de 100 μm est essentiel - la résistance thermique du corps peut être réduite d'environ 30 à 50% pour chaque réduction de 50 μm d'épaisseur. On s'attend à ce que la résistance thermique typique soit encore plus faible à moins de 0,05 ° C · cm² / W à l'avenir, offrant un support de dissipation thermique plus robuste pour les serveurs d'IA, les modules optiques 800g et les batteries de puissance de nouvelle génération.
L'intégration multifonctionnelle est une tendance à plus long terme. Les futurs gels conducteurs de chaleur se concentreront davantage sur la conception de « chemin intelligent» - changement de phase adaptatif, orientation magnétron, synergie de remplissage Multi - échelle et d'autres technologies réduiront davantage la résistance thermique de l'interface et amélioreront la stabilité à long terme. Les chemins de conduction thermique ne sont plus de simples empilements de matériaux, mais des travaux « autoroutiers» thermiques de précision.
Trois principaux scénarios d'application: du serveur ai au véhicule à énergie nouvelle
Les serveurs ai et les centres de données sont le domaine où la demande de gels conducteurs de chaleur augmente le plus rapidement. Les processeurs et accélérateurs à haute puissance utilisés par le système d'entraînement et de raisonnement de l'IA génèrent beaucoup de chaleur et les points chauds sur les accélérateurs de l'IA peuvent être 10 à 30 ° C plus chauds que la zone environnante, créant des contraintes mécaniques et augmentant le risque de défaillance. Le segment des matériaux conducteurs de chaleur avancés pour les serveurs et les centres de données d’ia pourrait connaître une croissance annuelle de plus de 25% en 2025, ce qui est nettement supérieur au taux de croissance global de l’industrie. Le matériau en silicone conducteur de la chaleur est idéal pour les interfaces de plaques froides CPU et GPU et est capable de résister efficacement aux effets de pompage causés par les cycles thermiques violents causés par les fluctuations de la charge de travail ai. Avec l'augmentation rapide de la capacité de mémoire par système pour les serveurs d'IA, l'utilisation unitaire de matériaux conducteurs de chaleur et les exigences de performance par interface augmentent de manière synchrone. Le marché mondial des matériaux d’interface thermique devrait atteindre 4,66 milliards de dollars en 2026 et atteindre 7,5 milliards de dollars en 2032 à un taux de croissance annuel composé de 8,22%.
Les véhicules à énergie nouvelle et les batteries de puissance sont l'un des domaines d'application où les gels conducteurs de chaleur sont les plus demandés. La double vague d'électrification et d'intelligence des véhicules à énergies nouvelles fait de la gestion thermique des batteries, des systèmes de conduite électrique et des unités informatiques embarquées un tout nouveau marché progressif pour les matériaux d'interface thermiquement conducteurs. Dans le nouveau paquet de batterie d'énergie, le gel conducteur de chaleur est principalement utilisé pour le noyau électrique et la plaque de refroidissement, le remplissage de l'espace entre le couvercle supérieur de la batterie et le boîtier et la dissipation de chaleur conductrice, peut efficacement dériver la chaleur de charge et de décharge de la batterie, inhiber L'accumulation de chaleur locale et réduire le risque de perte de contrôle thermique. Les gels thermiques conducteurs bi - composants sont particulièrement adaptés au remplissage de lacunes structurelles complexes ou irrégulières, répondant aux besoins de distribution de la production à l'échelle. Dans les radars à ondes millimétriques embarqués, les unités de commande électrique (ECU) et les modules de puissance IGBT, les gels conducteurs de chaleur jouent également un rôle clé dans la dissipation de chaleur. Le marché mondial des gels conducteurs de chaleur continue de croître à un taux de croissance annuel composé d'environ 6,7% - 7,1%.
Les communications 5G et l'électronique grand public sont les domaines les plus matures pour les applications de gel conducteur de chaleur. Les équipements de communication 5G, les centres de données, les serveurs, les modules d'alimentation et autres composants électroniques de haute puissance ont des exigences strictes en matière de gestion thermique. En tant que matériau d'interface à la fois haute conductivité thermique, amorti doux, compressible et facile à construire, le gel conducteur de chaleur est devenu idéal pour la gestion thermique des équipements tels que les stations de base 5G, les transformateurs de communication, les Alimentations haute puissance et autres. Dans le domaine de l'électronique grand public, les gels conducteurs de chaleur haute performance accélèrent la pénétration alors que l'amincissement léger des appareils et la poursuite continue des limites de performance. L'adaptation automatique de la distribution du gel thermique conducteur monocomposant le rend particulièrement adapté aux scénarios de production de masse de l'électronique grand public. Dans les scénarios tels que les modules lumineux avec des exigences particulières de pureté, les gels conducteurs de chaleur de qualité optique à faible volatilité deviennent la nouvelle configuration standard.
Iv. Éléments de sélection et recommandations de conception
Les ingénieurs doivent se concentrer sur les dimensions suivantes lors de la sélection d'un gel conducteur de chaleur: conductivité thermique vs résistance thermique - selon la consommation d'énergie de la puce vs performance du radiateur pour évaluer la conductivité thermique requise, la demande de performance de conductivité thermique varie considérablement entre les différents dispositifs de densité de puissance; Méthode de durcissement – un composant convient à la distribution automatisée et à la production de masse, deux composants conviennent aux scénarios où les exigences de fiabilité à long terme sont plus élevées; Contrôle de l'épaisseur du câblage adhésif - chaque réduction de 50 μm d'épaisseur, la résistance thermique du corps peut être réduite d'environ 30% - 50%, l'épaisseur optimale doit être déterminée en fonction de la tolérance de jeu réelle; Résistance à l'environnement - la plage de température de fonctionnement, la résistance aux intempéries et les exigences de fiabilité à long terme doivent être évaluées.
Advanced Academy Technology fournit un support technique complet du processus, de la sélection des matériaux aux tests d'échantillons, en passant par la livraison en série, afin d'aider les clients à intégrer des solutions de gel conducteur de chaleur dans leurs systèmes dès le début de la conception thermique.
V. Perspectives
Le marché mondial des gels conducteurs de chaleur poursuit son expansion avec un taux de croissance annuel composé d'environ 6,7% - 7,1%. Sous l'impulsion multiple de l'accélération de l'expansion de l'infrastructure de calcul de puissance de l'IA, de l'électrification des véhicules et de l'évolution en profondeur de l'intelligence, du déploiement continu des communications 5G / 6g, le gel thermiquement conducteur passe d'un « matériau auxiliaire» à une configuration standard pour la gestion thermique des appareils électroniques à haute densité de puissance. Dans le même temps, l'industrie continue d'évoluer vers une conductivité thermique plus élevée, une résistance thermique plus faible, une durée de vie plus longue et des applications personnalisables. Les opportunités de marché futures se concentrent principalement sur des directions telles que le gel de conductivité thermique élevée pour les serveurs ai, le gel de conductivité thermique pour les batteries de puissance de véhicules à énergie nouvelle, le gel de conductivité thermique de qualité optique pour les modules lumineux et le gel de conductivité thermique de haute fiabilité à faible volatilité.
Advanced Academy (Shenzhen) Technology Co., Ltd. Continuera à labourer le domaine des gels conducteurs de chaleur afin d'itérer en permanence la formulation des matériaux et le processus de fabrication pour fournir aux clients une conductivité thermique plus élevée, une résistance thermique plus faible et des solutions de gestion thermique d'interface plus fiables.
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