液态金属在热管理材料设计及其在 5G 工程中的应用
- 分类：行业动态
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- 来源：
- 发布时间：2022-08-31 17:44
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【概要描述】5G市场巨大数据流量对于通讯终端的芯片、天线等部件提出了更高的要求，器件功耗大幅提升的同时，引起这些部位发热量的急剧增加。热管理材料是当前5G射频芯片、毫米波天线、无线充电、无线传输、IGBT、印刷线路板、AI和物联网等领域最为有效的散热材料，具有不可替代性。
液态金属在热管理材料设计及其在 5G 工程中的应用
【概要描述】5G市场巨大数据流量对于通讯终端的芯片、天线等部件提出了更高的要求，器件功耗大幅提升的同时，引起这些部位发热量的急剧增加。热管理材料是当前5G射频芯片、毫米波天线、无线充电、无线传输、IGBT、印刷线路板、AI和物联网等领域最为有效的散热材料，具有不可替代性。
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5G市场巨大数据流量对于通讯终端的芯片、天线等部件提出了更高的要求，器件功耗大幅提升的同时，引起这些部位发热量的急剧增加。热管理材料是当前5G射频芯片、毫米波天线、无线充电、无线传输、IGBT、印刷线路板、AI和物联网等领域最为有效的散热材料，具有不可替代性。
在 5G 网络下，手机具有更高的功耗及发热。主要原因可概括为三点：一是5G网络具有更高的网速及频率，手机会在同等时间内进行更多次数的数据传输、交互。二是 5G 终端设备采用MIMO天线技术，手机需要内置更多天线，根据Qorvo数据，在 Sub-6Ghz 频段需要 8-10 根天线，在毫米波频段需要10-12根天线，每根天线都有自己的功率放大器，导致功耗及发热的增加。三是在5G网络覆盖率较低、信号较弱的情况下，手机频繁搜索信号的行为也会造成较大的功耗及发热。
2022年以来，5G技术迈向全面普及，消费电子产品向高功率、高集成、轻薄化和智能化方向加速发展。由于集成度、功率密度和组装密度等指标持续上升，5G时代电子器件在性能不断提升的同时，工作功耗和发热量急剧升高。据统计，电子器件因热集中引起的材料失效占总失效率的65%~80%。为避免过热带来的器件失效，导热硅脂、导热凝胶、石墨导热片、热管和均热板(VC)等技术相继出现、持续演进，散热管理已经成为5G时代电子器件的“硬需求”。
(1)热界面材料应用
热界面材料是用于涂敷在散热器件与发热器件之间用以降低接触热阻所使用的材料的总称。目前，市场上常用的热界面材料主要是有机硅脂，其不足之处在于热导率较低，一般只有0.2 W/(m·K)左右，其导热能力有限。在导热硅脂中添加高导热纳米颗粒可以提升其热导率，比如，添加铜或铝纳米颗粒可以使其热导率到达1 W/(m·K)左右，但在高热流场合还是难以满足实际需求。与普通的硅脂热界面材料相比，液态金属热界面材料的热导率更高，具有热阻低、可靠性高等优点。液态金属在热界面材料方面的使用形式主要有液态金属导热膏和金属导热垫片两种。
液态金属导热凝胶这一热界面材料，其实使用液态金属来替代或许会有更好的效果。一般来说热界面材料导热率越高其自然热阻越小，那么相应的界面热阻也就越小，对于导热来说效果也就越好。
传统的导热界面材料主要是硅脂类，近几年通过高达热纳米颗粒的掺杂也是将导热率控制在了4~8W/(m·K)水平，而对于处于室温液态金属热界面材料直接就将导热率提升一个量级，达到了10~40W/(m·K)水平，这样将会在散热方面更有所突破。
目前，刘静实验室研发了液态金属系列热界面材料产品已经实现产业化量产，同时对于部分应用市场需求热界面材料需电绝缘，实验室也已经通过实际研发成功研制除了相应的液态金属/硅脂复合热界面材料，这样子也攻克了“高导热不导电”这一看似矛盾的技术难题。
导热系数和厚度是评估散热材料的核心指标。传统手机散热材料以石墨片和导热凝胶等热界面材料为主，但是石墨片存在导热系数相对较低，热界面材料则存在厚度相对较大等问题。在手机厂商的推动下，石墨烯材料持续取得突破，开始切入到消费电子散热应用;热管和VC厚度不断降低，开始从电脑、服务器等领域渗透到智能手机领域。
对于5G市场散热问题或许在开始阶段已经成为了刚需所在，而液态金属也是作为在这一时代的散热技术储备，各种科研人员在背后的努力是为了更好的再明天需要之时所为之所用。面对当前散热市场的需求，液态金属相变材料系列也经过了有关的测试，在性能方面伴随温度的变化来满足不同温度区间的散热需求，这样也让散热处于一个动态的变化中，满足不同的散热需求。
所以5G手机散热市场的切入是液态金属的一小步，但是背后也就是液态金属对5G整个市场的大步迈入。
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