新能源车、数据存储导热何解？

在电子器件行业，有一个著名“10℃法则”。这个法则是根据热力学公式——阿累尼乌斯方程得出的。该方程可以用来计算电子器件寿命，方程揭示，电子器件工作温度每下降10℃，其寿命增加一倍，温度每升高10℃，则寿命缩短一倍。

有另一组数据则显示，在各种电子器件的失效模式中，热失效占比高达55%。

由此可见，热管理十分重要，这决定着电子器件的性能与寿命。

电子器件是个种类繁多且快速迭代的领域。在导热界面材料深耕30年的霍尼韦尔，锁定了“芯片级”的导热解决方案这一定位。

霍尼韦尔电子化学材料亚太区总经理程炜对新材料在线表示，芯片可应用于多个终端市场。其中在消费电子市场，散热的需求各种各样，但“芯片”的散热是至关重要的，芯片出现问题，将导致电子设备无法正常工作。

“消费电子产品迭代的技术引擎在于芯片。霍尼韦尔拥有成熟的、经过多年市场检验的导热界面材料解决方案，可以很好的解决消费电子市场‘芯片’的散热问题。另外，电路板不仅存在主芯片散热需求，很多电子元器件也有散热需求。霍尼韦尔将提供整体解决方案，助力消费电子市场的快速发展。” 程炜说道。

站在“芯片级”导热解决方案的技术制高点，霍尼韦尔明显掌握着导热界面材料市场的“密码”，并正探索着更多市场可能。

聚焦半导体应用

在深圳的前海JW万豪酒店，霍尼韦尔的热界面材料客户研讨会现场十分火热。电子器件不同领域的客户都热切关注着这位导热界面材料的“大拿”，期待着他们最新的趋势研判及最新导热界面解决方案。

程炜表示，霍尼韦尔将汽车、数据存储、无线通讯等三大领域作为下一步的重点布局方向。

程炜给出了一组数据。据麦肯锡对2030全球半导体市场趋势预测，到2030年全球半导体市场规模将达到1万亿美金。其中，汽车、数据存储以及无线通讯将引领半导体市场未来的增长。

“汽车和数据存储等领域，对于TIM的稳定性和可靠性要求，远远超过普通消费电子，这正好是霍尼韦尔的优势所在。” 程炜对新材料在线表示。

程炜特别介绍了霍尼韦尔导热界面材料在新能源汽车市场的布局思路。他表示，新能源汽车市场是高速发展且需求巨大的新兴市场，造车新势力和传统车企都高度关注，同业竞争非常激烈。其中，车载电子设备是竞争优势的关键制胜法宝。

而车载电子设备的迭代，除了对热界面材料导热性能有更高的要求以外，对可靠性的要求也非常高。程炜指出，对于汽车而言，不允许任何安全风险出现。必须保证汽车芯片热量完全散掉，否则可能引起整个电子系统失效，如果在高速公路上出现该问题，将带来致命的隐患。

据了解，导热界面材料在汽车可用于动力总成（燃油车不包含动力总成）、电控系统、车联网等三大板块。

以动力总成中的IGBT为例，高频次开关导致材料性能受到影响，通电后温度容易上升。

导热界面材料可有效帮助功率模块实现散热，延长使用寿命。程炜介绍道，中低端IGBT采用的是普通硅脂和高性能硅脂，高端IGBT则采用相变化材料。

据程炜介绍，霍尼韦尔立足于行业领先的相变材料技术，关注具体应用场景与材料结构和组成之间的联系，从分子层面开始对导热界面材料的每一种组分进行结构设计、筛选和优化，为全面提高材料的导热性能、可靠性和应用性等各方面性能而持续进行技术探索。

基于分子层面的优化，霍尼韦尔相变化材料具备了较低热阻和长期可靠性。

由于聚合物与填料稳定结合，材料很少发生溢出和迁移的现象，因此可靠性和热机械性较高。“相变化材料是基于碳氢体系的聚合物，不如硅氧键活动灵活，但是高分子非支链结构，这赋予材料一定的柔性。” 程炜说道。

霍尼韦尔相变化材料还可像硅脂一样润湿热源与散热器界面，充分地填充间隙保持低热阻；另外有一定的弹性，保持形变的能力。

“霍尼韦尔的相变化材料的相变温度在45℃，这是理想的使用和存储温度。尤其是在预热温度阶段，实现材料软化很方便。这对于压力很敏感的器件来说，在预热的装配过程中不会发生对器件产生损伤的现象。” 程炜说道。

值得一提的是，由于相变材料的相变温度在45℃，十分符合功率模块的丝网印刷工艺。

除了动力总成，汽车的电子控制单元等也提出了散热需求，霍尼韦尔分别针对各场景推出了导热垫片和导热填缝凝胶等方案。

程炜表示，霍尼韦尔针对新能源汽车电子化的快速发展做好了充分的准备。目前已与新能源汽车行业领先的客户保持紧密的沟通和长期的配合，“霍尼韦尔已经拥有了满足新能源汽车最新导热性能要求的成熟热界面材料解决方案，同时也在提前布局和积极开发下一代车载热界面材料。”

“芯片级”的导热实力

“数据存储的数据中心对于散热材料的可靠性要求也十分高，如果宕机一个小时，产生的损失可能会以几十亿美金的幅度来计算。” 霍尼韦尔高性能材料亚太区市场战略总监刘雪红强调了“芯片级”导热解决方案的重要性。

刘雪红表示，霍尼韦尔在导热界面材料“芯片级”的技术实力，要追溯其在上世纪90年代“跨界”的历史。

当时芯片导热主流材料方案为导热硅脂。

而芯片产生热量后，需要与散热器之间保持良好的接触，热量就可以顺利地向散热器传导。不过，芯片和散热器都是硬质表面，两者表面存在粗糙度，不能完美贴合；此外，随着芯片尺寸和散热器界面尺寸变大，中间易出现翘曲，翘曲的空隙导热率只有0.2W/(m·K)。

采用良好的导热界面材料才能“拯救”这一问题，但导热硅脂的方案出现了变干和泵出的问题。

刘雪红表示，霍尼韦尔是“跨界”专家，业务范围十分广。针对客户的主动请求，为客户开发出导热材料为客户解决了上述难题。霍尼韦尔的热管理业务也在此时被建立了起来。

“霍尼韦尔在上世纪90年代就发表了相变材料的专利。” 刘雪红对新材料在线介绍道，超前的芯片领域布局为霍尼韦尔的“芯片级”导热界面材料技术积累打下了坚实的基础。

经过30多年发展，霍尼韦尔已经形成了自己的产品组合、技术优势和服务的质量与水平。“霍尼韦尔导热界面材料依托聚合物基体和导热填料专利技术，导热性能优良，长期可靠性好、性价比高，能够应对最棘手的散热问题。我们的方案可以满足不同行业，不同应用场景的客户对散热提出的各种需求。”刘雪红说道。

据刘雪红介绍，在产品组合方面，霍尼韦尔热界面材料主要包括相变化材料、单组份导热凝胶、双组份导热凝胶、导热硅脂、导热垫片、绝缘垫片等六大板块。

总体来看，芯片导热需求大致分为两块，一是界面填隙，二是0公差的导热。霍尼韦尔推出的薄的粘接厚度的硅脂、相变化材料，可针对0公差的导热需求；另一方面，垫片、导热凝胶等则可针对公差调整或填缝的场景。

据刘雪红介绍，在技术层面，霍尼韦尔优化了导热路径的热阻抗性，包括材料界面、接触界面的热膨胀性、接触热阻和应用厚度。

“不同的企业进入新的市场，采取的策略不同，有些从低端向高端走，有些选择从高端往下布局。霍尼韦尔明显属于后者，保证最难的技术应用，便于很好地抓住瞬息万变的市场机会。”刘雪红说道。

事实证明了这一思路的正确性，无论是火爆的新能源车领域还是高性能计算机领域，霍尼韦尔总是能快速响应市场的需求。  

“目前，霍尼韦尔的相变化材料已经导入新能源汽车的应用，经受住了数千小时高温测试。折算到汽车实际使用里程，大约是30年。也布局了眼下火热的ChatGPT高速计算机的芯片导热。” 刘雪红表示。

基于领先且完善的导热界面材料的解决方案，霍尼韦尔的业务触角涉及消费电子、新能源汽车、通讯、数据中心、光伏、工业电子等领域。

面向未来，刘雪红指出，现代半导体电子行业不断向更高功耗、更多集成功能和小型化方向发展，这导致电子器件的功率密度剧增，热流密度也在不断增加，散热的问题更加突出。更高散热性能，更高可靠性，更高效自动化的导热界面材料的需求将不断提升。

未来已来，但需材料先行。刘雪红表示，一些材料的性能已经达到极限值，需要寻找到突破性的材料，重新建立第二曲线。

“霍尼韦尔拥有非常专业的技术专家，已经开始做各种大范围的材料筛选，寻找新的基材，然后结合配方，形成新的导热材料。” 刘雪红满怀期待地表示。   眼下，火热的半导体市场，中国占据“半壁江山”，“霍尼韦尔在主动开发新的高端产品时，一定会与中国本土客户一起来合作，一起共享这一难得的发展机遇。”刘雪红憧憬道。      

审核编辑 ：李倩