Clasificación de materiales: materiales de "conductividad térmica ultraalta"

Los materiales de "conductividad térmica ultra alta" fueron expulsados ​​por 5G

La estación base 5G ha mejorado notablemente con respecto a la 4G en términos de potencia de transmisión, ancho de banda, número de conexiones de usuario, etc. Sin embargo, al comparar el consumo energético de las estaciones base 4G y 5G, se observa que el consumo de una sola estación base 5G es aproximadamente entre 2.5 y 3.8 veces mayor que el de una estación 4G. Expertos del sector afirman que el aumento sustancial del consumo energético de la AAU (Unidad de Antena Activa) es la principal razón del incremento en el consumo energético de la 5G. La AAU se encarga principalmente de convertir las señales digitales de banda base en señales analógicas, modularlas para convertirlas en señales de radiofrecuencia de alta frecuencia, amplificarlas mediante un amplificador de potencia (PA) y emitirlas a través de la antena.

Además, la miniaturización de los transistores en los circuitos 5G conlleva un aumento de la corriente de fuga y, por consiguiente, del consumo de energía por fuga. La corriente de fuga del chip varía con la temperatura. Al aumentar la temperatura del chip, el consumo de energía estática se incrementa exponencialmente. Por lo tanto, la implementación de tecnologías avanzadas de disipación de calor para garantizar que la estación base opere dentro de un rango de temperatura adecuado puede reducir significativamente su consumo energético.

Esto significa que los equipos 5G generarán tres veces más calor que los 4G, ¡pero su espacio interno se reducirá al 30% del de los equipos 4G! En otras palabras, ¡la densidad térmica de los equipos 5G es casi 10 veces mayor que la de los equipos 4G!

Este enorme aumento en la densidad térmica demuestra la marcada contradicción entre el desarrollo de la tecnología 5G y la disipación de calor. ¡No es de extrañar que la demanda de juntas de conductividad térmica ultraalta se haya disparado!

A juzgar por el estado actual de la industria, los candidatos más fiables como rellenos termoconductores incluyen los siguientes materiales:

La conductividad térmica debe ser mucho mayor que la de la alúmina, y los únicos dos materiales que poseen buenas propiedades aislantes son el nitruro de aluminio (AlN) y el nitruro de boro (BN).

La superficie del nitruro de aluminio (AlN) es extremadamente activa. Tras absorber humedad, se hidroliza fácilmente para producir Al(OH)3, lo que interrumpe la trayectoria de los fonones y afecta gravemente la conducción del calor.

AlN+3H2O=Al(OH)3↓+NH3↑

Los estudios han demostrado que la reacción de hidrólisis del AlN puede ocurrir incluso a temperaturas más bajas, y que se trata de un material que se hidroliza en cualquier condición climática.

Micrografía TEM de hidrólisis de nitruro de aluminio de 40 nm. Sin embargo, como material de grado electrónico, debe superar la prueba de alta temperatura y humedad a 85 °C para ser calificado. Por lo tanto, la superficie del relleno de AlN se trata para formar una capa de óxido densa a nanoescala, de manera que cada partícula de AlN quede envuelta como un impermeable. En teoría, el problema de la absorción de humedad y la hidrólisis se resuelve fácilmente.

El nitruro de boro (BN) posee una alta conductividad térmica y excelentes propiedades aislantes, por lo que se le conoce como "grafeno blanco". Si se añade en grandes cantidades a la base de caucho de silicona, su conductividad térmica puede mejorar significativamente.

Sin embargo, la superficie del BN carece de grupos funcionales activos y sus propiedades químicas son demasiado estables, lo que dificulta la humectación y la compatibilidad de las nanopartículas de BN con sustratos poliméricos, presenta una dispersión deficiente y tiende a aglomerarse. Esto afecta el establecimiento efectivo de las vías de conducción de fonones.

Los estudios han demostrado que cuando la cantidad de BN añadida supera las 180 partes, la viscosidad aumenta bruscamente y las propiedades mecánicas disminuyen significativamente. Si se consulta el esquema de tratamiento superficial de la alúmina, se observa que el tratamiento de modificación con BN carece de un método ecológico, sencillo y eficiente.

Sin embargo, la mayoría de los productos termoconductores actuales orientados al mercado se concentran en sistemas de relleno de alúmina Al2O3, y todavía existen muy pocos productos de juntas termoconductoras que utilizan nitruros metálicos.

-------------------------------------------------------------------------Reimpreso de Zhihu-Bondme(Saber-Bondme).