Matériaux à changement de phase à conduction thermique | lorsque la chaleur latente de changement de phase rencontre une conductivité thermique élevée – la gestion thermique de l'interface à l'ère de la puissance de calcul de l'IA

Pourquoi "changement de phase"? – comprendre les transitions de performance à partir des mécanismes physiques

Le principe de fonctionnement de base du matériau à changement de phase thermique (PC - Tim) peut être résumé en huit mots: solide à température normale et liquide à haute température.

À température ambiante, le matériau à changement de phase se présente sous la forme d'une feuille ou d'une pâte solide facilitant le stockage, le transport et l'installation. Lorsque l'appareil commence à fonctionner et que la température de l'élément générateur de chaleur augmente jusqu'au point de température de changement de phase (généralement 45°C - 50°C), le matériau subit un changement de phase solide - liquide qui ramollit et remplit l'espace micro - convexe entre la puce génératrice de chaleur et le radiateur. Ce processus physique apporte deux avantages clés:

Résistance thermique de contact interface extrêmement faible. Les joints de conduction thermique traditionnels, bien que n'ayant pas une faible conductivité thermique, ne peuvent pas s'adapter complètement aux surfaces de contact micro - inégales en raison de la dureté plus élevée, et l'entrefer résiduel à l'interface (conductivité thermique de l'air d'environ 0026 W / m.k seulement) devient le goulot d'étranglement principal de la conduction thermique. Le matériau à changement de phase, après liquéfaction, est capable de « mouiller» la surface de contact comme une pâte conductrice de la chaleur, évacuant complètement l'air pour un véritable contact « zéro jeu».

Excellente fiabilité à long terme. Contrairement à la pâte conductrice de chaleur qui est progressivement « pompée» ou asséchée lors d'un travail à long terme à haute température, le matériau à changement de phase revient à l'état solide en dessous de la température de changement de phase sans migration de flux. Sa résistance thermique reste stable après 1000 heures de cuisson à 150 ° C et 1000 cycles de température de - 55 ° C à 125 ° c. Ce mécanisme cyclique de « Solid State Mount, Liquid State Service, Solid State hold » confère aux matériaux à changement de phase des avantages irremplaçables dans les scénarios d'application à haute fiabilité.

II. Matrice de matériau de changement de phase de conductivité thermique de bâtiment avancé: couverture complète de 2.5w à 10W

En s'appuyant sur son accumulation de technologie dans le domaine des matériaux de gestion thermique, Advanced House Technology a lancé une ligne de produits de matériaux à conduction thermique à changement de phase couvrant la gamme complète de conductivité thermique moyenne à élevée. Différents systèmes de matériaux de conductivité thermique correspondent à différents scénarios d'application et exigences de performance, formant une matrice complète de solutions allant de l'électronique grand public aux serveurs d'IA.

La série de conductivité thermique ultra - élevée 10W / M · K est le produit de matériau à changement de phase avec la conductivité thermique la plus élevée actuellement dans la technologie avancée de l'Académie, positionné dans les applications de niveau Tim 1.5 (interface thermique au niveau de la puce). Cette série de matériaux a une résistance thermique inférieure de 10% à 15% à celle du ptm7950 de Honeywell, ne contient pas de composants d'oxyde de zinc et possède d'excellentes propriétés d'isolation électrique tout en maintenant une conductivité thermique élevée. Pour différents scénarios d'application, la gamme propose également deux gradients de subdivision de 9,6 W / m·k et 9,5 W / m·k, respectivement pour les séries standard Honeywell PTM 7950 et PTM 7958.

8.0w / m·k - 8.5w / m·k série haute performance positionnée sur les normes Honeywell PTM 7950 - SP et PTM 7958 - sp. Les matériaux de ce niveau sont largement utilisés dans des scénarios tels que les CPU / GPU de serveur ai, les Clusters de calcul haute performance et d'autres, capables de fournir une garantie de gestion thermique stable et fiable dans l'intervalle 200w - 400W de la consommation d'énergie de la puce.

La série 5.0w / m·k - 6.5w / m·k à conductivité thermique moyenne et élevée couvre plusieurs gammes de produits en paires de Honeywell ptm7000 à ptm5000. La série 6,5 W / m·k offre une option à basse température de changement de phase (35 °C) pour les appareils sensibles à la température de démarrage. La série a un large éventail d'applications dans les appareils de qualité professionnelle et grand public tels que les ordinateurs portables, les consoles de jeux, les modules de communication, etc.

La série économique 2,5 W / m·k - 4,5 W / m·k, positionnée sur des produits de référence tels que le Honeywell pcm45f et le ptm6000, offre un meilleur rapport qualité - prix tout en garantissant une conductivité thermique de base pour les scénarios de dissipation thermique sensibles aux coûts des équipements de faible et moyenne puissance.

Grâce à la régulation de la formulation de précision et à l'optimisation du processus, la technologie avancée garantit que chaque série de produits reste hautement alignée avec les marques internationales de première ligne sur les paramètres clés tels que la résistance thermique, la température de changement de phase, la viscosité et la densité spécifique, tout en offrant des délais plus compétitifs et des services de support technique.

Trois principaux scénarios d'application: du serveur ai au véhicule à énergie nouvelle

Ai server & Datacenter: un « tampon thermique » pour faire face aux pics thermiques instantanés.

La charge de travail de la puce ai a un caractère « pulsé» remarquable - la consommation d'énergie monte instantanément en flèche lorsque la tâche d'entraînement démarre et les intervalles de tâche retombent rapidement. Les matériaux conducteurs de chaleur traditionnels sont confrontés à de sérieux défis dans ce cycle thermique: les pâtes conductrices de chaleur sont faciles à pomper et les joints conducteurs de chaleur ont du mal à faire face aux chocs thermiques instantanés. Le matériau à changement de phase utilise la chaleur latente de changement de phase absorbée pendant le processus de changement de phase solide - liquide pour agir comme un « tampon thermique» lorsque la puce génère des pics de chaleur instantanés – absorbant l’excès de chaleur et la stockant temporairement à l’intérieur du matériau, la charge à renvoyer étant ensuite lentement libérée dans Le radiateur. Ce mécanisme supprime efficacement les pics instantanés de la température de jonction de la puce, offrant une garantie critique pour un fonctionnement stable à long terme du serveur ai. Des études ont montré que le nouveau matériau d'interface thermique à changement de phase peut réduire la température à l'état stable de 10 à 15 ° C et la température de pointe de 8 à 10 ° C dans le test de dissipation thermique réel du CPU. Les matériaux à changement de phase haut de gamme deviennent le choix standard sur le marché des serveurs Ia.

Véhicules à énergies nouvelles et électronique de puissance: gestion thermique fiable dans des scénarios à haute tension.

Dans les systèmes de gestion de batterie, les contrôleurs de moteur (MCU) et les moteurs de charge embarqués (OBC) des véhicules électriques, la gestion de la dissipation thermique des modules de puissance IGBT et sic est directement liée à la sécurité et aux performances de l’ensemble du véhicule. L'utilisation de matériaux à conduction thermique à changement de phase dans les packs de batteries EV haute tension s'est avérée efficace dans la gestion des pointes thermiques instantanées pendant le processus de charge ultra - rapide, réduisant le risque de perte de contrôle thermique et améliorant la durée de vie de la batterie. La faible résistance thermique du PC - Tim le rend particulièrement adapté au transfert de chaleur Interfacial entre les modules IGBT et les plaques refroidies par liquide, permettant un transfert de chaleur efficace tout en garantissant une isolation électrique.

Dispositifs de communication 5G et électronique haute fréquence: dissipation de chaleur juste nécessaire dans la tendance à la miniaturisation.

La tendance à la miniaturisation et à l'intégration élevée des stations de base et des équipements de communication 5G a entraîné une forte augmentation de la densité de production de chaleur par unité de volume. Les matériaux à changement de phase remplissent à la fois la fonction de conductivité thermique dans des conditions de fonctionnement conventionnelles et le rôle tampon de stockage de chaleur à changement de phase lors de fortes charges soudaines. Sa caractéristique « solide lors de l'installation, liquide lors du travail» rend l'assemblage de la ligne de production plus pratique, élimine le besoin de contrôler strictement l'épaisseur et l'uniformité du revêtement comme la pâte conductrice de chaleur, améliorant considérablement l'efficacité de fabrication et la cohérence du produit.

Iv. Guide de sélection: Comment choisir le matériau de changement de phase le plus approprié pour votre appareil

Lors du choix d'un matériau à changement de phase thermiquement conducteur, l'Ingénieur recommande une évaluation complète à partir de plusieurs dimensions:

Équilibre entre conductivité thermique et résistance thermique. Une conductivité thermique élevée est certes importante, mais l'efficacité réelle du transfert de chaleur dépend davantage de la résistance thermique totale (y compris la résistance thermique du corps et la résistance thermique du contact). La valeur fondamentale des matériaux à changement de phase réside dans la réduction substantielle de la résistance thermique de contact par liquéfaction à changement de phase, de sorte que dans certains scénarios, les matériaux ayant une conductivité thermique légèrement inférieure mais d'excellentes caractéristiques de changement de phase peuvent au contraire atteindre une résistance thermique globale inférieure.

Adaptation de la température de changement de phase à l'environnement de travail. La température de changement de phase doit être légèrement supérieure à la température de fonctionnement normale de l'appareil, en veillant à ce que le matériau soit à l'état liquide en fonctionnement normal (pleine capacité de remplissage), tandis qu'il revient à l'état solide en veille ou à basse température (protection contre la migration). Advanced House Technology offre 35 ℃ à 50 ℃ plusieurs options de température de changement de phase pour s'adapter à différents scénarios d'application.

Fiabilité à long terme et tolérance environnementale. Pour les équipements fonctionnant 7x24 heures tels que les serveurs, les stations de base, l'électronique embarquée, etc., la stabilité thermocyclique du matériau est essentielle. La capacité de rétention des propriétés des matériaux à changement de phase dans des cycles répétés de changement de phase solide - liquide est un indicateur central pour évaluer leur fiabilité à long terme.

Processus d'installation et réparabilité. Le matériau à changement de phase est fourni sous la forme d'une feuille à l'état solide qui peut être découpée dans n'importe quelle forme, fixée à la surface du dispositif de génération de chaleur ou du radiateur. En cas de révision, le matériau se ramollit après chauffage et peut être facilement retiré sans processus de nettoyage spécial.

Advanced Academy Technology fournit un support technique complet du processus, de la sélection des matériaux aux tests de performance, en passant par les essais d'échantillons et la livraison en série, afin d'aider les clients à intégrer les options de conductivité thermique à changement de phase dans leurs systèmes dès le début de la conception thermique.

V. Perspectives

Le marché mondial des matériaux à conduction thermique à changement de phase d'environ 1,2 milliard de dollars en ventes en 2025 devrait atteindre 1,3 milliard de dollars en 2026, un taux de croissance composé d'environ 10,9% en 2026 - 2032 et la taille du marché devrait atteindre 2,4 milliards de dollars en 2032. La poussée continue de l'explosion de puissance de calcul de l'IA, de l'électrification des véhicules et de la communication 5G / 6g fait passer les matériaux à conduction thermique à changement de phase des « niches» aux « solutions Tim courantes».

Advanced Academy (Shenzhen) Technology Co., Ltd. Continuera à labourer le domaine des matériaux à conduction thermique à changement de phase 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.