当前位置:

OFweek电子工程网

工艺/制造

正文

电子系统散热挑战日益艰巨 石墨烯有解决妙招

导读: 科技发展日新月异,现今电子设备趋向轻量薄型化,内部电子元件则越趋向于精密复杂,不仅内部元件散热难度随之提高,还须兼顾元件之间的电气特性以避免短路,尤其发热问题关系到产品的寿命以及其发挥效能所需的能量多寡。

  OFweek电子工程网讯 科技发展日新月异,现今电子设备趋向轻量薄型化,内部电子元件则越趋向于精密复杂,不仅内部元件散热难度随之提高,还须兼顾元件之间的电气特性以避免短路,尤其发热问题关系到产品的寿命以及其发挥效能所需的能量多寡。有鉴于此,轻薄短小的电子产品亟需更佳的散热机制来解决所产生的高热问题。

  根据The Market for Thermal Management Technologies报告,热管理产品在全球市场的市值预估可由2015年的107亿美元成长至2021年的147亿美元,年复合成长率(CAGR)为5.6%,不仅显示热管理是一重要产业,也代表市场上对热管理产品的殷切需求。

  电子系统散热挑战日益艰巨

  石墨烯具有优异的热传导特性,且热辐射系数超过0.95,因此无论就导热、散热或热管理的角度来看,从电子元件、零组件到LED,石墨烯若能提供符合设计需求的产品型态,则可有效改善现行散热产品的效能。图1所示为现阶段可应用于当前产业的石墨烯产品类型。本文将集中探讨石墨烯应用于散热涂料、散热片与热界面材料的应用现况。

  电子系统散热挑战日益艰巨 石墨烯有解决妙招

  图1 石墨烯热管理应用产品分类

  目前业界解决电子元件或是LED元件散热问题的方法可分为主动式散热和被动式散热。主动式散热包含风扇强制散热和电磁喷流散热,其中风扇强制散热顾名思义就是藉由风扇产生强力的空气对流,将热空气导出热源或灯具本体之外来进行散热,使用风扇强制散热可以藉由调控风扇转速而有效的将热排出,电脑或伺服器等电子产品若机构空间充足,大都以风扇进行强制散热,不仅成本低廉且是相当有效的散热方式。

  被动式散热则包含自然对流散热与回路热管散热,其中自然对流散热是透过散热器,例如散热鳍片、灯具灯壳、系统电路板等和空气进行直接接触,散热器周边的空气因吸收热量成为热空气,接着热空气上升,冷空气下降,自然就会带动空气产生对流,达到散热的效果。对于机构空间有限的电子产品,如手机或平板电脑,乃至于LED灯源等不适合加装风扇的产品,大多采用此种散热方式。然而,此种方式的热交换驱动力仅来自热源与周围空气之温差,加大接触面积才能提高散热效果。

  随着处理器的运作频率不断提高与高功率LED产品的推出,越来越多的废热需有更大的散热表面积,然而采用自然对流方式的产品就是著眼于在有限空间之下提高散热表面积,此法无异是有违初衷,而且散热鳍片的材质虽然常选用热传导系数较高的铝和铜等金属材料,但是金属的高热传导性只能有效将热源的热经由单一的点扩散到金属面,降温的机制仍然要靠金属表面与空气之间的温度差以自然热对流的形式发散,且一般金属表面的热辐射系数偏低,表面热散能力相对不足,不利于以自然散热为主的散热模组。要进一步增加散热效果,须提高热辐射效率。

  石墨烯散热涂料解决「烫手山芋」

  石墨烯除了先前所提具有非常优异的热传导系数之外,Matsumoto T.等人发现石墨烯的热辐射发射率在红外线范围为0.99,非常接近理论黑体辐射的热辐射发射率1,因此作为热辐射散热材料有相当大的潜力;相对于铜约0.09及铝约0.02的热辐射系数,石墨烯在散热应用上,兼具了热传导与热辐射的特性。

  就现实使用环境考量,散热涂料长期处高温环境或冷热交替环境中,实际应用上除要维持发挥散热效果,还要考虑可靠度、机械强度、成本、加工性、附着性与耐候性等性能。

  此外,若是应用于终端产品,外观颜色势必也是考量重点;直接应用于元件的涂料,则可能需要额外考量绝缘性问题。图2为一商业化石墨烯散热涂料的产品架构。

  电子系统散热挑战日益艰巨 石墨烯有解决妙招

  图2 石墨烯散热涂料产品架构

1  2  3  下一页>  
责任编辑:Trista
免责声明: 本文仅代表作者个人观点,与 OFweek电子工程网 无关。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本站证实, 对本文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺,请读者仅 作参考,并请自行核实相关内容。

我来说两句

(共0条评论,0人参与)

请输入评论

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码: