行業(yè)動態(tài)
6G時代將至,在導(dǎo)熱散熱領(lǐng)域,材料如何選擇?
從1G演變到5G,移動通信技術(shù)實現(xiàn)質(zhì)的飛躍,為人類的生活生產(chǎn)帶來了極大的便利。目前正在研發(fā)的6G技術(shù),將構(gòu)建一個地面無線與衛(wèi)星通信集成的全連接世界,傳輸能力可能比5G提升100倍,網(wǎng)絡(luò)延遲也可能從毫秒降到微秒級,在峰值速率、時延、流量密度、連接數(shù)密度、移動性、頻譜效率、定位能力等方面將全面優(yōu)化升級,進一步縮小數(shù)字鴻溝,實現(xiàn)萬物互聯(lián)的“終極目標(biāo)”。
6G通信用材料品種異常豐富,從天線材料、導(dǎo)熱散熱材料、高頻覆銅板基材、電磁屏蔽材料等都有著巨大的市場空間。6G的布局必將帶動整個產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展,推動供給側(cè)改革,新材料企業(yè)面臨著機遇和挑戰(zhàn)。
6G時代將至,散熱需求日益凸顯
6G時代即將奔涌而來,勢必涉及到關(guān)鍵器件的更新?lián)Q代,小到從核心芯片向射頻器件,大到基站端向應(yīng)用端,都需要進行改造升級。隨著人們對電子產(chǎn)品輕薄化和性能高效化的需求越來越高,半導(dǎo)體元器件功率密度不斷提升,熱通量也會越來越大,有些甚至高達數(shù)十千瓦/平方厘米,是太陽表面的5倍。
對電子設(shè)備而言,其可靠性越高,無故障工作的時間就越長,從而越能提高產(chǎn)品競爭力以及提升用戶的體驗。導(dǎo)熱材料主要用于解決電子設(shè)備的熱管理問題。運行中產(chǎn)生的熱量將直接影響電子產(chǎn)品的性能和可靠性。
試驗已經(jīng)證明,電子元器件溫度每升高2°C,可靠性下降10%;溫升50°C時的壽命只有溫升25°C時的1/6。隨著集成電路芯片和電子元器件體積不斷縮小,其功率密度卻快速增加,散熱問題已經(jīng)成為電子設(shè)備亟需解決的問題。
那么在導(dǎo)熱散熱領(lǐng)域,材料如何選擇?
目前,比較熱門的散熱方案主要有石墨片、石墨烯、導(dǎo)熱界面材料(TIM)、熱管(HP)和均熱板(VC)以及半固態(tài)壓鑄件。而天然石墨散熱膜產(chǎn)品較厚,且熱導(dǎo)率不高,難以滿足未來高功率、高集成密度器件的散熱需求,同時也不符合人們對超輕薄、長續(xù)航等高性能要求。因此,尋找超熱導(dǎo)新材料具有及其重要的意義。
石墨烯是已知的導(dǎo)熱系數(shù)最高的物質(zhì),理論導(dǎo)熱率達到5300W/(m*K),遠高于石墨,它是由單層碳原子經(jīng)電子軌道雜化后形成的蜂巢狀二維晶體,厚度僅為0.335nm,又稱為單層石墨,是碳納米管、富勒烯的同素異形體。
石墨烯的快速導(dǎo)熱特性與快速散熱特性,使其成為傳統(tǒng)石墨散熱膜的理想替代材料,成為6G行業(yè)中廣泛應(yīng)用的導(dǎo)熱散熱材料。
除此之外,石墨烯還可以用于核心的半導(dǎo)體領(lǐng)域以及6G相關(guān)的輔助器件(超級電容器、散熱元件和天線等)。
金剛石是立方晶體,由碳原子通過共價鍵結(jié)合形成。金剛石的許多極致屬性都是形成剛性結(jié)構(gòu)的sp³共價鍵強度和少量碳原子作用下的直接結(jié)果。金屬通過自由電子傳導(dǎo)熱量,其高熱傳導(dǎo)性與高導(dǎo)電性相關(guān)聯(lián),相比之下,金剛石中的熱量傳導(dǎo)僅由晶格振動(即聲子)完成。金剛石原子之間極強的共價鍵使剛性晶格具有高振動頻率,因此其德拜特征溫度高達2,220 K。由于大部分應(yīng)用遠低于德拜溫度,聲子散射較小,因此以聲子為媒介的熱傳導(dǎo)阻力極小。
金剛石是自然界中熱導(dǎo)率最高的物質(zhì),常溫下熱導(dǎo)率(Type Ⅱ Diamond)可達2000 W/(mK),熱膨脹系數(shù)約(0.86±0.1)*10-5/K,且室溫下絕緣。另外,金剛石還具有優(yōu)異的力學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性質(zhì),在高功率光電器件散熱問題上具有明顯優(yōu)勢,因此,金剛石在散熱領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。
文章來源: 化合積電,塑庫網(wǎng)