Material de mudança de fase térmica Quando a temperatura do chip excede 1000W - a "ponte térmica inteligente" na era da potência de computação AI

1[UNK] Por que o material de mudança de fase é mais inteligente do que a gordura de silicone para instalação de estado sólido e serviço líquido?

A gordura térmica condutiva de silicone foi uma vez a "resposta padrão" para dissipação de calor de chips. Mas tem uma fraqueza fatal: em ciclos repetidos de alta e baixa temperatura, a gordura de silicone será gradualmente "bombeada" da superfície de contato - seca, quebrada e ineficaz.

O modo de trabalho dos materiais de mudança de fase é completamente diferente.

A temperatura ambiente, é um material de folha sólida que é fácil de instalar como uma placa térmica, não flui e não contamina dispositivos ao redor. Uma vez que o chip começa a funcionar e a temperatura aumenta para o ponto de transição da fase (geralmente entre 45 [UNK] -60 [UNK]), o material passa por uma transição de fase sólida-líquida, suavizando e "fluindo" como um líquido para preencher as lacunas microscópicas convexas entre o chip e o lavabo de calor. Esperem que o dispositivo se arrefrie e volte ao estado sólido - liquefiquem novamente na próxima vez que ele seja ligado. Este mecanismo de ciclo de "instalação de estado sólido, serviço líquido e retenção de estado sólido" resolve fundamentalmente o problema de bombear gordura térmica. Não é necessário nenhum revestimento adesivo adicional, pode ser diretamente aplicado e usado.

Mais importante, no momento da liquefacção, os materiais de mudança de fase empurram a resistência térmica do contato interfacial ao extremo. Tomando como exemplo produtos de classe K de 8,5W/m, a resistência térmica pode ser tão baixa como 0,045 [UNK]· em ²/W. Com uma pressão de 50psi, alguns produtos de alto nível podem até alcançar uma impedência térmica de 0,014 [UNK]· em ²/W. Para chips de AI com TDP de várias centenas de watts, para cada 0,01 [UNK]· em ²/W diminuição da resistência térmica, a temperatura de junção pode cair em vários graus - o que afeta diretamente a liberação de desempenho e a duração de vida do chip.

2[UNK] A "necessidade de refrigeração" dos servidores de AI: por que PCM se tornou padrão?

O modo de aquecimento dos chips AI é completamente diferente do de CPU tradicionais. As tarefas de treinamento de AI têm características significativas de "pulso como" - consumo de energia foguetes celestes instantaneamente no início da tarefa, e cai rapidamente durante intervalos de tarefas. Este intenso ciclo térmico representa um grande desafio para materiais condutivos térmicos.

A gordura térmica condutiva tradicional de silicone é facilmente "bombeada" nessa condição de trabalho - com cada expansão térmica e contração, uma pequena quantidade de gordura de silicone é apertada, e ao longo do tempo, lacunas aparecem na superfície de contato, causando um forte aumento na resistência térmica. Os materiais de mudança de fase térmica utilizam o calor latente da mudança de fase absorvido durante o processo de transição fase sólida-líquida para atuar como um "tampão térmico" quando o chip gera um pico instantâneo de calor - absorvendo excesso de calor e armazenando temporariamente dentro do material, e lentamente liberando-o para o fundo de calor após a carga cair de volta. Pesquisas mostraram que o material de interface térmica de mudança de fase pode reduzir a temperatura de estado estável em 10-15 [UNK] e a temperatura máxima em 8-10 [UNK] em testes de dissipação de calor da CPU.

A entalpia de transição de fase do material desenvolvido de mudança de fase condutiva térmica é de 200,8 J/g, e seu desempenho deteriora-se apenas em 5,8% após 200 ciclos térmicos. Outra equipe conseguiu um registro de quebra de calor latente de 240,7 J/g. No cenário de operação contínua de alta carga de servidores de AI, essa estabilidade a longo prazo é o valor que os engenheiros mais valorizam.

3[UNK] Desde telefones móveis para carros: o mapa de aplicação diversificado de materiais de mudança de fase termicamente condutiva

Servidores de AI e centros de dados são atualmente os mercados em crescimento mais rápido. O consumo de energia de chips AI continua a aumentar, e o refrigeração tradicional do ar já não é suficiente. Materiales de mudança de fase são usados para preencher a distância entre chips e lavadores de calor, reduzir a resistência térmica da interface, e são amplamente usados em dispositivos terminales como chips AI, módulos ópticos de alta velocidade, servidores e interruptores de rede. Aplicar materiais de mudança de fase termicamente condutiva aos servidores e equipamentos de TI podem alcançar uma gestão eficiente de calor e conservação de energia.

Novos veículos energéticos e baterias energéticas são outro campo de batalha importante. As baterias de energia geram uma grande quantidade de calor durante carregamento e descargo de alta potência. Materiales de mudança de fase podem absorver e liberar calor através de processos de transição de fase isotérmica, suprimindo efetivamente pontos térmicos e regulando o fluxo de calor. No pacote de bateria, os materiais de mudança de fase são usados para preencher a lacuna entre a célula de bateria e a placa de refrigeração, que pode efetivamente dissipar o calor da carga e descarga da bateria e reduzir o risco de fuga térmica. PCM também desempenha um papel crucial na dissipação de calor nos módulos de energia IGBT e SiC.

A comunicação 5G e a eletrônica do consumidor são os campos mais maduros para a aplicação de materiais de mudança de fase térmica. Estações de base 5G, equipamento de comunicação, laptops e outros dispositivos têm requisitos estritos para eficiência de dissipação de calor e confiabilidade a longo prazo. A característica dos materiais de mudança de fase, que são flexíveis quando aquecidos e firmes quando refrigerados, é como colocar uma camada de armadura líquida inteligente em dispositivos eletrônicos, demonstrando uma incrível estabilidade em condições de trabalho extremas como estações de base de comunicação.

4[UNK] Pontos de seleção: Como escolher o material de mudança térmica certo?

Ao selecionar engenheiros, recomenda-se começar pelas seguintes dimensões:

O equilíbrio entre condutividade térmica e resistência térmica. Embora a alta condutividade térmica seja importante, a eficiência real de transfer ência de calor depende mais da resistência térmica total. O valor central dos materiais de mudança de fase reside na redução significativa da resistência térmica de contato através da liquefacção de mudança de fase. Atualmente, a condutividade térmica dos produtos principais varia de 1,8W/m · K para acima de 8,5W/m · K. Para chips AI de alta potência, recomenda-se escolher um nível de 5,0W/m · K ou m a is.

Coincidência com a temperatura de transição de fase. A temperatura de transição de fase deve ser ligeiramente maior que a temperatura normal de funcionamento do equipamento para assegurar que o material esteja em estado líquido durante a operação normal. O intervalo de temperatura comum para a transição de fase é de 45 a 60. Os pontos de temperatura adequados devem ser selecionados com base nas condições de funcionamento reais do equipamento.

Fiabilidade a longo prazo. A capacidade de retenção de desempenho dos materiais de mudança de fase em ciclos repetidos de mudança de fase sólida-líquida é o indicador central para avaliar sua confiabilidade a longo prazo. A degradação do desempenho de produtos de alta qualidade após mais de 200 ciclos térmicos deve ser controlada dentro de 10%.

Processo de instalação. Materiales de mudança de fase são fornecidos sob a forma de folhas sólidas, que podem ser cortados em qualquer forma e ligados à superfície de dispositivos de aquecimento ou lavabos de calor. Se é necessário reparar, o material pode ser facilmente removido softindo após aquecimento.

Tecnologia do Instituto Avançado fornece suporte técnico de processo completo desde seleção de material, testes de desempenho até produção de testes amostrais e entrega de lotes.

As vendas no mercado mundial de materiais condutivos térmicos de mudança de fase devem atingir aproximadamente 1,15 bilhões de dólares em 2025, e são projetadas aumentar para 2,437 bilhões de dólares em 2032, com uma taxa de crescimento anual composta de 10,9%. Espera-se que as receitas de vendas alcançam 1,3 bilhões de dólares americanos em 2026. Driven by the explosion of AI computing power, the continuous expansion of automotive electrification and 5G communication, thermal phase change materials are moving from "professional selection" to standard configuration for thermal management of high-power electronic devices.

Advanced Institute (Shenzhen) Technology Co., Ltd. continuará a aprofundar sua especialidade no campo dos materiais de mudança de fase térmica, proporcionando aos clientes maior condutividade térmica, menor resistência térmica e soluções mais confiáveis de gestão térmica da interface através de fórmulas de material constantemente iterando e processos de fabricação.