IDTechEx apibendrina TIM užpildų tendencijas, privalumus ir trūkumus – automobilių bendruomenė
Šiluminės sąsajos medžiagos (TIM) vis dažniau naudojamos, o rinkos dydis iki 2034 m. turėtų viršyti 8 mlrd. JAV dolerių. Šiluminiai užpildai yra labai svarbūs TIM, nes jie tiesiogiai veikia tokias savybes kaip šilumos laidumas, klampumas, kaina, abrazyvumas ir keletas kitų veiksnių.
TIM užpildai paprastai yra brangiausios TIM kompozicijų sudedamosios dalys; todėl renkantis TIM užpildus reikia suderinti gerą šilumos laidumą, tinkamas mechanines savybes ir priimtiną kainą.
Yra įvairių TIM užpildų, įskaitant aliuminio oksidą, aliuminio hidroksidą (ATH), aliuminio nitridą (AlN), cinko oksidą (ZnO), magnio oksidą (MgO) ir boro nitridą (BN). Priklausomai nuo paskirties ir reikalavimų, užpildo medžiagos, dalelių dydis ir užpildo maišymas priklauso TIM formuluotojams.
Žemiau pateikiamos kelios įdomios išvados, pagrįstos skirtingų užpildų palyginimu, o išsamesnė analizė aprašyta naujoje IDTechEx rinkos tyrimų ataskaitoje.Šiluminės sąsajos medžiagos 2024–2034 m.: technologijos, rinkos ir prognozės“.
Dabartinėje rinkoje dažniausiai naudojami aliuminio oksido užpildai. Jie yra veiksmingi didinant epoksidinių medžiagų šilumos laidumą mažomis sąnaudomis (5,5–6,5 USD/kg ir gali nukristi iki 2–3 USD/kg).
Verta paminėti, kad kainos labai priklauso nuo užpildo dydžio, rūšies, geometrijos ir užsakymo apimties. Aliuminio užpildai turi mažą šilumos ir elektros laidumą, todėl jie idealiai tinka elektronikos reikmėms.
Tačiau, nepaisant pranašumų, aliuminio oksido užpildai turi keletą apribojimų, tokių kaip santykinai mažas šilumos laidumas, palyginti su kitais aukštos kokybės užpildais, abrazyvumas ir mažas klampumas esant dideliam apkrovos procentui. Aliuminio užpildai gali būti plačiai suskirstyti į sferinius aliuminio oksido ir malto aliuminio oksido užpildus. Sferinio aliuminio oksido sąnaudos paprastai yra didesnės nei malto aliuminio oksido.
Remiantis IDTechEx tyrimais, sumaltas aliuminio oksidas gali sumažinti išlaidas maždaug 50%, palyginti su sferiniu aliuminio oksidu. Tačiau dėl savo aštrios geometrijos šlifuoto aliuminio oksido apkrovos procentas dažnai yra daug mažesnis.
Įdomi elektromobilių (EV) akumuliatorių TIM tendencija yra perėjimas nuo aliuminio oksido užpildų prie ATH užpildų. ATH užpildai turi žymiai mažesnes sąnaudas nei aliuminio oksidas (nuo 20% iki 40% mažesnės, priklausomai nuo tūrio, tiekėjų ir daugelio kitų veiksnių), tačiau jie taip pat lemia mažesnį šilumos laidumą.
Nepaisant to, dėl baterijų bloko konfigūracijos perėjimo nuo modulinio dizaino prie elementų į pakuotę ir net 3.0 dizaino, kurį sukūrė CATL, IDTechEx mano, kad šilumos laidumas, reikalingas EV baterijų TIM, turėtų sumažėti nuo maždaug 3,5 W/mK iki maždaug 2,5 W/mK ateityje. Šis šilumos laidumo sumažinimas atveria galimybę naudoti ATH užpildus EV gamintojams, siekiant dar labiau sumažinti išlaidas.
ATH užpildai taip pat turi antipireną, nes jie gali suirti endotermiškai, išskirdami maždaug 35% savo svorio vandens garų pavidalu, taip sugerdami šilumą ir sumažindami šilumos nutekėjimą. Daugiau informacijos apie tai, kaip EV baterijų bloko konfigūracija paveiks šilumos laidumą ir EV baterijose naudojamus TIM, pateikiama IDTechEx ataskaitoje „Šiluminės sąsajos medžiagos 2024–2034 m.: technologijos, rinkos ir prognozės“.
Be nebrangių šiluminių užpildų, kai kurioms programoms taip pat reikia didelio našumo TIM. Dažniausiai naudojami didesnio našumo TIM yra boro nitrido užpildai ir AlN užpildai. Tačiau didelis našumas susijęs su didelėmis sąnaudomis.
Pavyzdžiui, BN užpildai gali kainuoti 10 kartų daugiau nei aliuminio oksido užpildai. Todėl, norėdami subalansuoti šilumos laidumo efektyvumą ir kainą, TIM formuluotojai paprastai maišo užpildus, kai pirminiai užpildai yra pigūs aliuminio oksidai, o antriniai užpildai yra brangūs BN užpildai ar kiti.
Be to, taip pat dažnai naudojami įvairių dydžių dalelių TIM užpildai. Didesni užpildai gali sumažinti specifinį paviršiaus plotą ir sąsajos šiluminę varžą, pagerindami šilumos laidumą. Tačiau dideli užpildai sukelia didelį defektų tankį, trukdantį šilumos perdavimui. Taigi mažesni užpildai naudojami kaip priedai, siekiant sumažinti defektų tankį.
Be aukščiau paminėtų užpildų, yra galimybių naudoti kitus užpildus, tokius kaip MgO, ZnO ir keletas kitų, nors kiekvienas iš jų turi savo iššūkių, tokių kaip toksiškumas ir didelės sąnaudos. Norėdami gauti daugiau informacijos apie lyginamąjį TIM užpildų palyginimą, žr. naują IDTechEx ataskaitą „Šiluminės sąsajos medžiagos 2024–2034 m.: technologijos, rinkos ir prognozės“.
