〈分析〉導熱元件新勢力—熱板

導熱材料是一種針對設備的熱傳導要求而設計的工業材料,這些工業材料對可能出現的導熱問題都有因應對策,而導熱產品已經越來越廣泛地應用在許多電子產品中,以提升電子設備的可靠性。

電子零件運作中產生的熱將直接影響電子產品的性能和可靠性。而導熱材料主要就是解決電子設備中的熱管理問題。

已有實驗證明,電子零件溫度每升高 2℃,可靠性下降 10%;溫度上升 50℃時的壽命只有溫升 25℃的 1/6。

隨著晶片和電子零組件體積不斷縮小,其功率密度卻快速增加,散熱問題已經成為電子設備極需解決的問題。

同時,晶片慢慢走向將多晶片整合成單一晶片,使得晶片運作的複雜度提升,再者配合 「輕、薄、短、小」的趨勢,這些變化都對電子設備的熱管理技術提出更高的要求。

目前廣泛應用的導熱材料有合成石墨材料、導熱填隙材料、導熱凝膠、導熱矽脂、相變化材料 (PCM) 等等。

過去消費性電子產品的散熱,主要利用銅質和鋁製材料的熱傳導方式直接散熱,或者配合矽膠、風扇等形成的散熱系統,將電子零件發出的熱量帶走。

而目前在手機中所使用的散熱技術主要包括石墨散熱、金屬背板、邊框散熱、導熱凝膠散熱、熱管散熱、熱板等等。

其中以熱板 (VC) 的散熱方式是未來解決手機「熱問題」的另一解。隨著晶片功率密度的不斷提升,熱板已經廣泛應用在 CPU、NP、ASIC 等大功率零件的散熱上。

熱板原理與導熱管原理相似,但相較於導熱管,熱板傳導熱的速度更快、啟動溫度低、均溫性能好,且使用壽命長。

(資料來源:ICT)熱板與導熱管、金屬對比
(資料來源: ICT) 熱板與導熱管、金屬對比

熱板應用範圍廣泛,特別適用於空間受到嚴格限制的狹小環境中,如 NB,電腦工作站和網路伺服器等。隨著下游消費性電子輕薄化的趨勢,熱板的需求可望增加。

(資料來源:捷孚凱市場諮詢)電子產品輕薄化比重
(資料來源: 捷孚凱市場諮詢) 電子產品輕薄化比重

華碩 ROG 近期推出的第二代 ROG 遊戲手機中採用大面積 3D 真空腔熱板,再加上銅鋁導熱片,以確保手機熱量能夠快速有效的擴散。

由於熱板的腔體面積相對較大,空腔間隙小,因此需要高階的銅粉末定型燒結技術,包括真空抽管等所有焊縫的焊接,所以對工藝要求較高,相對產品價格也較高。

多年來,美國、日本、台灣等許多知名的散熱模組企業都投入巨大的資源在研究熱板,如美國 Thermocore、日本 Fujilura、雙鴻 (3324.TW)、健策 (3653.TW)、力致 (3483.TW) 等。

根據 Credence Research 數據顯示,全球熱介面材料市場規模從 2015 年 7.74 億美元,預計將提升至 2022 年的 17.11 億美元,2015~2022 年期間年複合增長率為 12%。

(資料來源: Credence Research) 全球熱介面材料市場規模(億美元)
(資料來源: Credence Research) 全球熱介面材料市場規模 (億美元)

此外,現今智慧手機產業呈現以下發展趨勢:

  • 更高的頻率和性能,四核、八核將成為主流。
  • 更清晰的螢幕,2K/4K 都將出現於手機螢幕中。
  • 軟性、可彎曲面板。
  • 更多無線零組件,如 NFC、低頻藍牙、無線充電等。

上述功能的進化均將擴大對散熱需求,特別在進入 5G 世代後,隨之而來的巨量資料傳輸及運算處理,必將刺激散熱元件同步成長。