液態金屬在熱管理材料設計及其在 5G 工程中的應用
- 分類:行業動態
- 作者:
- 來源:
- 發布時間:2022-08-31 17:44
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【概要描述】5G市場巨大數據流量對于通訊終端的芯片、天線等部件提出了更高的要求,器件功耗大幅提升的同時,引起這些部位發熱量的急劇增加。熱管理材料是當前5G射頻芯片、毫米波天線、無線充電、無線傳輸、IGBT、印刷線路板、AI和物聯網等領域最為有效的散熱材料,具有不可替代性。
液態金屬在熱管理材料設計及其在 5G 工程中的應用
【概要描述】5G市場巨大數據流量對于通訊終端的芯片、天線等部件提出了更高的要求,器件功耗大幅提升的同時,引起這些部位發熱量的急劇增加。熱管理材料是當前5G射頻芯片、毫米波天線、無線充電、無線傳輸、IGBT、印刷線路板、AI和物聯網等領域最為有效的散熱材料,具有不可替代性。
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- 發布時間:2022-08-31 17:44
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5G市場巨大數據流量對于通訊終端的芯片、天線等部件提出了更高的要求,器件功耗大幅提升的同時,引起這些部位發熱量的急劇增加。熱管理材料是當前5G射頻芯片、毫米波天線、無線充電、無線傳輸、IGBT、印刷線路板、AI和物聯網等領域最為有效的散熱材料,具有不可替代性。
在 5G 網絡下,手機具有更高的功耗及發熱。主要原因可概括為三點:一是5G網絡具有更高的網速及頻率,手機會在同等時間內進行更多次數的數據傳輸、交互。二是 5G 終端設備采用MIMO天線技術,手機需要內置更多天線,根據Qorvo數據,在 Sub-6Ghz 頻段需要 8-10 根天線,在毫米波頻段需要10-12根天線,每根天線都有自己的功率放大器,導致功耗及發熱的增加。三是在5G網絡覆蓋率較低、信號較弱的情況下,手機頻繁搜索信號的行為也會造成較大的功耗及發熱。

2022年以來,5G技術邁向全面普及,消費電子產品向高功率、高集成、輕薄化和智能化方向加速發展。由于集成度、功率密度和組裝密度等指標持續上升,5G時代電子器件在性能不斷提升的同時,工作功耗和發熱量急劇升高。據統計,電子器件因熱集中引起的材料失效占總失效率的65%~80%。為避免過熱帶來的器件失效,導熱硅脂、導熱凝膠、石墨導熱片、熱管和均熱板(VC)等技術相繼出現、持續演進,散熱管理已經成為5G時代電子器件的“硬需求”。
(1)熱界面材料應用
熱界面材料是用于涂敷在散熱器件與發熱器件之間用以降低接觸熱阻所使用的材料的總稱。目前,市場上常用的熱界面材料主要是有機硅脂,其不足之處在于熱導率較低,一般只有0.2 W/(m·K)左右,其導熱能力有限。在導熱硅脂中添加高導熱納米顆粒可以提升其熱導率,比如,添加銅或鋁納米顆粒可以使其熱導率到達1 W/(m·K)左右,但在高熱流場合還是難以滿足實際需求。與普通的硅脂熱界面材料相比,液態金屬熱界面材料的熱導率更高,具有熱阻低、可靠性高等優點。液態金屬在熱界面材料方面的使用形式主要有液態金屬導熱膏和金屬導熱墊片兩種。

液態金屬導熱凝膠這一熱界面材料,其實使用液態金屬來替代或許會有更好的效果。一般來說熱界面材料導熱率越高其自然熱阻越小,那么相應的界面熱阻也就越小,對于導熱來說效果也就越好。
傳統的導熱界面材料主要是硅脂類,近幾年通過高達熱納米顆粒的摻雜也是將導熱率控制在了4~8W/(m·K)水平,而對于處于室溫液態金屬熱界面材料直接就將導熱率提升一個量級,達到了10~40W/(m·K)水平,這樣將會在散熱方面更有所突破。
目前,劉靜實驗室研發了液態金屬系列熱界面材料產品已經實現產業化量產,同時對于部分應用市場需求熱界面材料需電絕緣,實驗室也已經通過實際研發成功研制除了相應的液態金屬/硅脂復合熱界面材料,這樣子也攻克了“高導熱不導電”這一看似矛盾的技術難題。
導熱系數和厚度是評估散熱材料的核心指標。傳統手機散熱材料以石墨片和導熱凝膠等熱界面材料為主,但是石墨片存在導熱系數相對較低,熱界面材料則存在厚度相對較大等問題。在手機廠商的推動下,石墨烯材料持續取得突破,開始切入到消費電子散熱應用;熱管和VC厚度不斷降低,開始從電腦、服務器等領域滲透到智能手機領域。

對于5G市場散熱問題或許在開始階段已經成為了剛需所在,而液態金屬也是作為在這一時代的散熱技術儲備,各種科研人員在背后的努力是為了更好的再明天需要之時所為之所用。面對當前散熱市場的需求,液態金屬相變材料系列也經過了有關的測試,在性能方面伴隨溫度的變化來滿足不同溫度區間的散熱需求,這樣也讓散熱處于一個動態的變化中,滿足不同的散熱需求。
所以5G手機散熱市場的切入是液態金屬的一小步,但是背后也就是液態金屬對5G整個市場的大步邁入。
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