Просмотры:579 Автор:Pедактор сайта Время публикации: 2023-09-05 Происхождение:Работает
Введение
В современных потребительских электронных продуктах основные функции радиатора заключаются в следующем:
1. Охладите нагревающиеся компоненты, например процессор, чтобы снизить его температуру.
2. Уменьшите горячую точку на поверхности устройства для частей, чувствительных к температуре, таких как корпус мобильного телефона.
3. Защитите термочувствительные компоненты от источников тепла, таких как OLED-экран телефона, от тепла, выделяемого процессором.
4. Уменьшите градиент температуры поверхности устройств, чувствительных к неравномерной температуре поверхности, таких как экран телевизора OLED.
До начала 21 века алюминий и различные алюминиевые сплавы служили тепловыми материалами практически для всего потребительского электронного оборудования.Плазменные телевизоры, ноутбуки, мобильные телефоны и первые планшеты — все они используют относительно недорогие и распространенные металлические материалы для удовлетворения требований к охлаждению.Во-первых, очевидным недостатком использования алюминия в качестве терморегулирующего материала является вес и толщина металла.В начале 21 века плазменные телевизоры весом от 30 до 70 кг на стене часто падают.Чтобы предотвратить эту проблему, профессиональные установщики обычно предоставляют «дополнительные услуги» при покупке экранов.В начале 21 века толщина мобильных телефонов обычно составляла около 20 мм.Если необходимо охлаждение, нагревательное устройство обычно размещают на металлическом основании, а затем тепло передается всему мобильному телефону с помощью металлической конструкции с хорошей теплопроводностью.Когда процессор и другие устройства рассчитаны на более высокую мощность, для компенсации возросшей тепловой нагрузки требуются более толстые и тяжелые основания.Когда был выпущен первый смартфон, тонкость стала основной особенностью дизайна мобильных телефонов высокого класса.Эта тенденция быстро распространилась на ноутбуки, как можно более тонкие стали требованиями к дизайну ноутбуков высокого класса.Чтобы достичь желаемых характеристик продукта, в отрасли быстро поняли, что необходимо разработать решения проблемы веса и толщины алюминия.
В эпоху гибкого графитового листа
Гибкий лист натурального графита начал заменять алюминий в качестве терморегулирующего материала экрана плазменного телевизора с 2002 года. Природный графит широко используется в области экранов дисплеев, поскольку его теплопроводность в три раза превышает теплопроводность алюминия, а его вес составляет всего один. треть от алюминия.Благодаря этому успешному применению графит распространяется на другое оборудование и категории рынка.Гибкий графит впервые был использован в мобильных телефонах в начале 21 века.К 2015 году графит стал стандартным материалом терморегулирования для всех смартфонов высокого класса.В самых ранних моделях смартфонов использовался природный графит толщиной 100 микрон, но вскоре промышленность начала использовать синтетический графит толщиной от 17 до 50 микрон.Можно также сделать более тонкий графит, например, 10 микрон, но оказывается, что он не может эффективно отводить достаточно тепла.За последние 15 лет графит заменил алюминий в подавляющем большинстве устройств бытовой электроники высокого класса, которые имеют облегченную конструкцию.
Характеристики графитовых материалов
Существует две формы природного графита и синтетического графита.Природный графит состоит из чешуйчатого графита, а месторождения чешуйчатого графита есть по всему миру.Обычно толщина природного графита колеблется от 40 до 1000 микрон, а его теплопроводность колеблется от 300 до 600 Вт/м · К. Поскольку природный графит обычно толще синтетического графита, он может передавать больше тепла даже при более низкой теплопроводности. .
Лист синтетического графита производится путем графитизации подложки, содержащей атомы углерода, при температуре более 2500 ℃.Синтетический графит обычно очень тонкий, толщиной от 10 до 100 микрон, но его теплопроводность выше и составляет от 700 до 1950 Вт/м · К. Однако, даже если он имеет более высокую теплопроводность, тепло он может вынос ограничен из-за толщины материала.Ранее предпринимались попытки получить синтетический графит толщиной более 100 микрон, но эти попытки труднодостижимы.
И природный графит, и синтетический графит уложены тысячами листов графена.Эти графеновые листы обладают превосходными свойствами теплопроводности, электропроводности и звукопередачи во внутреннем слое, но характеристики в промежуточном слое ухудшаются.Это приводит к увеличению коэффициента анизотропии теплопроводности внутри и между слоями от 100 до 450 раз [1].Особую анизотропию графита при теплопередаче производители используют для снижения температуры контакта поверхности и защиты термочувствительных устройств от воздействия нагревательных приборов.Металлические материалы, такие как алюминий или медь, имеют одинаковую теплопроводность во всех направлениях.Это делает их менее подходящими для таких применений, поскольку тепло, приложенное к одной стороне металлической поверхности, быстро передается на противоположную сторону материала.
Текущая тенденция графита
Для некоторых приложений, таких как планшеты, ноутбуки, очки VR/AR, экраны OLED-телевизоров, приставки и некоторые мобильные телефоны, природный графит толщиной 40-1000 микрон все еще имеет место.Поскольку мобильные телефоны, планшеты и ноутбуки становятся все более тонкими, многие из этих продуктов переходят на синтетический графит.Промышленность быстро стандартизировала толщину синтетического графита, необходимую для этих применений, например, 17 микрон, 25 микрон, 32 микрона, 40 микрон и 50 микрон.Поскольку производительность оборудования становится все более высокой, однослойный синтетический графит часто не может передавать достаточно тепла, чтобы соответствовать тепловому расчету, а для использования натурального графита недостаточно места по толщине.Для решения этой проблемы традиционным методом является использование пленки толщиной 5 мкм для соединения двух или более слоев графита.Это гарантирует, что радиатор сохраняет высокую теплопроводность, даже несмотря на то, что он тоньше природного графита.Когда все устройства используют эту многослойную композитную схему терморегулирования, выявляются ее недостатки.Во-первых, это стоимость сырья.По своей природе синтетический графит сам по себе является относительно дорогим и узкоспециализированным синтетическим материалом.Чтобы скомпоновать четыре, пять или даже шесть слоев этого материала, необходимо использовать одновременно многослойную клеевую пленку, что делает этот метод экономически неосуществимым.Во-вторых, сложный композиционный процесс приводит к низкому выходу.Наиболее важным вопросом является увеличение количества стыков в каждом рулоне.Все рулоны в той или иной степени сращены, даже если это просто от конца одного рулона к другому.Изготовление рулона из многослойного графита и клеевого пленочного материала будет иметь гораздо больше швов, чем из однослойного материала.Один шов на любой подложке приведет к новому соединению всего многослойного материала.Когда детали необходимо вырезать, эти швы необходимо удалить или выбросить.Даже если эти швы не влияют на качество продукта, они оказывают существенное влияние на себестоимость и производство.Также распространены межламинарные морщины и пузырьки воздуха, которые могут снизить урожайность.Последняя проблема заключается в том, что многослойный композит склеивается и склеивается пластиками и клеями с плохой теплопроводностью.Помимо увеличения толщины конечного продукта, каждый слой этих материалов увеличивает термическое сопротивление и препятствует плавной передаче тепла между слоями графита.
Высокопроизводительный однослойный толстый графитовый раствор
Этот проект призван решить проблему многослойного синтетического графита.Поскольку он тоньше природного графита, он также обладает теплопроводностью синтетического графита.Эта схема не только имеет ожидаемые характеристики многослойного синтетического графита, но также имеет ценовое преимущество по сравнению с однослойной схемой.Этот совершенно новый высокопроизводительный однослойный графитовый продукт был выпущен на рынок.В настоящее время толщина составляет от 70 до 300 мкм, а теплопроводность составляет от 750 Вт/м·К до 1200 Вт/м·К. Первыми потребительскими товарами, в которых используется этот продукт, являются смартфоны, ноутбуки и очки VR/AR.
Заключение
Графитовый радиатор стал стандартным материалом для управления температурой в высококачественном потребительском электронном оборудовании с легкими и тонкими элементами дизайна.Однослойный синтетический графит был стандартным решением для большинства высококлассных устройств, но теперь для некоторых устройств требуется многослойный материал.Производство многослойных графитовых материалов дорого и сложно.Для решения этой проблемы был разработан новый вид высокопроизводительного однослойного толстого графитового изделия.Этот материал позволяет избежать проблем со стоимостью и производительностью многослойного синтетического графита.