Materiales de mudança de fase térmica Quando o calor latente da mudança de fase encontra alta condutividade térmica - o "disruptor" da gestão térmica da interface na era do poder de computação AI

1[UNK] Por que é uma "transição de fase"? —entender as transições de desempenho de mecanismos físicos

O princípio de trabalho central do Material de Interface térmica de Mudança de Fase (PC-TIM) pode ser resumido em oito palavras: estado sólido à temperatura ambiente e líquido a alta temperatura.

A temperatura ambiente, materiais de mudança de fase existem sob a forma de folhas sólidas ou pastas, que são convenientes para armazenamento, transporte e instalação. Quando o dispositivo começa a funcionar e a temperatura do elemento de aquecimento aumenta para o ponto de temperatura de transição de fase (geralmente 45 [UNK] -50 [UNK]), o material passa por transição de fase sólida-líquida, suavizando e preenchendo a distância convexa microconcava entre o chip de aquecimento e o lavabo de calor. Este processo físico traz duas vantagens principais:

Resistência térmica extremamente baixa em contato com a interface. Embora as placas térmicas tradicionais tenham uma alta condutividade térmica, devido à sua alta dureza, elas não podem aderir plenamente a superfícies de contato microdesiguais. A lacuna residual do ar na interface (com uma condutividade térmica do ar de apenas cerca de 0,026W/m · K) se torna o principal obstáculo para a condução térmica. Materiales de mudança de fase podem "molhar" a superfície de contato como pasta térmica após liquefacção, completamente expulsar ar e alcançar verdadeiro contato "vazio zero".

Excelente confiabilidade a longo prazo. Ao contrário da pasta térmica que gradualmente "bombeja" ou seca durante uma operação de alta temperatura a longo prazo, os materiais de mudança de fase se recuperam para um estado sólido abaixo da temperatura de mudança de fase e não passam por migração de fluxo. Depois de cozinhar a 150 por 1000 horas e de bicicletar a -55 a 125 por 1000 vezes, sua resistência térmica ainda pode permanecer estável. Este mecanismo de ciclo de "instalação de estado sólido, serviço líquido e retenção de estado sólido" dá aos materiais de mudança de fase uma vantagem irremplaçível em cenários de aplicação de alta confiabilidade.

2[UNK] Advanced Institute Thermal Phase Change Material Matrix: Complete Coverage from 2.5W to 10W

Com base em sua acumulação tecnológica no campo dos materiais de gestão térmica, a Tecnologia do Instituto Avançado lançou uma linha de produtos de material condutivo térmico de mudança de fase cobrindo todo o espectro de condutividade térmica média e alta. Os sistemas materiais com diferente condutividade térmica correspondem a diferentes cenários de aplicação e requisitos de desempenho, formando uma matriz de solução completa de eletrônica de consumo a servidores de AI.

A série de condutividade térmica ultra alta K é atualmente o maior produto de material de mudança de fase de condutividade térmica do Advanced Institute Technology, posicionado para aplicações TIM de nível 1,5 (interface térmica de nível chip). A resistência térmica desta série de materiais é reduzida de 10% -15% em comparação com Honeywell PTM7950, e não contém componentes de óxido de zinco. Tem excelente desempenho de isolamento elétrico enquanto mantém alta condutividade térmica. Para diferentes cenários de aplicação, esta série também oferece dois subgradientes de 9,6W/m · K e 9,5W/m · K, que são respectivamente comparados com as séries Honeywell PTM 7950 e PTM 7958.

A série de alto desempenho K é posicionada como referência para Honeywell PTM 7950-SP e PTM 7958-SP. Esse nível de material é amplamente utilizado no servidor AI CPU/GPU, clusters de computação de alto desempenho e outros cenários, e pode proporcionar garantia estável e confiável de gestão térmica na faixa de consumo de energia de chips de 200W-400W.

A série de condutividade térmica m édia de 5,0W/m · K-6,5W/m · K abrange múltiplas linhas de referência de produtos de Honeywell PTM7000 a PTM5000. A série K de 6,5W/m oferece uma opção de temperatura de transição de baixa fase (35 [UNK]), adequada para dispositivos sensíveis à temperatura de arranque. Esta série tem uma vasta gama de aplicações em dispositivos de consumo e profissional como laptops, consolas de jogo e módulos de comunicação.

A série econômica de 2,5W/m · K-4,5W/m · K é posicionada como um produto de referência para Honeywell PCM45F e PTM6000, proporcionando maior custo-eficácia ao mesmo tempo que assegurando condutividade térmica básica. É adequada para cenários de refrigeração de equipamentos de energia baixa a m édia.

Tecnologia do Instituto Avançado assegura que cada série de produtos mantém um alto grau de coerência com marcas internacionais de primeira linha em parâmetros chave como resistência térmica, temperatura de mudança de fase, viscosidade e gravidade específica através de controle preciso de fórmulas e otimização de processos, ao mesmo tempo que proporciona ciclos de entrega mais competitivos e serviços de suporte técnico.

3[UNK] Três cenários principais de aplicação: de servidores de AI a novos veículos energéticos

Servidores de AI e centros de dados: "buffers quentes" para lidar com picos quentes instantâneos.

A carga de trabalho dos chips de AI mostra características significativas como pulso - consumo de energia foguetes celestes instantaneamente no início das tarefas de treinamento, e rapidamente recua durante intervalos de tarefas. Materiales condutivos térmicos tradicionais enfrentam graves desafios neste ciclo térmico: pasta térmica é facilmente bombeada, e placas térmicas são difíceis de lidar com choques térmicos instantâneos. Os materiais de mudança de fase utilizam o calor latente da mudança de fase absorvido durante o processo de transição de fase sólida-líquida para atuar como um "buffer 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. Esse mecanismo suprime efetivamente o pico instantâneo da temperatura de junção de chips, fornecendo uma garantia chave para o funcionamento estável a longo prazo dos servidores de AI. 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. Materiales de mudança de fase alta estão se tornando uma escolha padrão no mercado de servidores de AI.

Novos veículos energéticos e eletrônica elétrica: Gestão térmico confiável em cenários de alta tensão.

No sistema de gestão da bateria, controlador motora (MCU) e cargador a bordo (OBC) de veículos elétricos, a gestão da dissipação de calor dos módulos IGBT e SiC está diretamente relacionada à segurança e desempenho de todo o veículo. A aplicação de materiais condutivos térmicos de mudança de fase em embalagens de bateria EV de alta tensão tem sido provada para gerir eficazmente picos térmicos transitórios durante carregamento ultra rápido, reduzir o risco de fuga térmica e melhorar a vida do ciclo de bateria. As características de baixa resistência térmica do PC-TIM tornam-a particularmente adequada para a transfer ência de calor na interface entre módulos IGBT e placas refrigeradas líquidas, alcançando transferência eficiente de calor ao mesmo tempo que assegurando isolamento elétrico.

Equipamento de comunicação 5G e eletrônica de alta frequência: uma necessidade de dissipação de calor sob a tendência de miniaturização.

A tendência em direção à miniaturização e à alta integração de estações de base de 5G e equipamento de comunicação levou a um forte aumento da densidade de calor por unidade de volume. Materiales de mudança de fase não apenas realizam condutividade térmica em condições normais de funcionamento em equipamentos de comunicação, mas também desempenham um papel de tampão no armazenamento de calor de mudança de fase durante cargas súbitas elevadas. Suas características de ser sólidas durante a instalação e líquido durante a operação tornam a montagem na linha de produção mais conveniente, sem a necessidade de controle estrito da espessura e uniformidade do revestimento como pasta térmica, melhorando significativamente a eficiência de fabricação e a coerência do produto.

4[UNK] Guia de Seleção: Como escolher o material de mudança de fase mais adequado para seu equipamento

Quando os engenheiros escolhem materiais de mudança de fase térmica, recomenda-se realizar uma avaliação abrangente das 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 (incluindo resistência térmica em massa e resistência térmica em contato). 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. Portanto, em alguns cenários, materiais com um pouco menor condutividade térmica mas excelentes características de mudança de fase podem realmente alcançar menor resistência térmica global.

A temperatura de transição de fase corresponde ao ambiente de trabalho. 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 (utilizando plenamente sua capacidade de preenchimento), e retorna a um estado sólido em ambientes de espera ou de baixa temperatura (prevenindo a migração). Tecnologia avançada do Instituto fornece opções de mudança de temperatura em múltiplas fases variando de 35 a 50, adequadas para diferentes cenários de aplicação.

Fiabilidade a longo prazo e tolerância ambiental. A estabilidade do ciclo térmico dos materiais é crucial para dispositivos como servidores, estações de base e eletrônica dos veículos que operam 24 horas por dia. 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.

Processo de instalação e reparabilidade. 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, sem necessidade de processos especiais de limpeza.

Tecnologia avançada do Instituto fornece apoio técnico completo de processo desde seleção de material, testes de desempenho até produção de amostras de ensaios e entrega de lotes, ajudando os clientes a incorporar soluções de condutividade térmica de mudança de fase em considerações do sistema nos estágios iniciais do design térmico.

5[UNK] Perspectivas

As vendas no mercado mundial de materiais condutivos térmicos de mudança de fase devem atingir aproximadamente 1,2 bilhões de dólares americanos em 2025, e devem atingir 1,3 bilhões de dólares americanos em 2026. A taxa de crescimento anual composta de 2026 a 2032 é de cerca de 10,9%, e o tamanho do mercado deve atingir 2,4 bilhões de dólares americanos em 2032. A explosão do poder de computação AI, a promoção contínua da eletricificação automóvel e a comunicação 5G/6G estão empurrando a mudança de fase de materiais condutivos térmicos de "materiais nichos" para "soluções TIM principais".

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