穿戴式裝置用散熱材料技術

 

刊登日期:2016/10/5
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近期穿戴式裝置可以說是今年市場上關注度最高的發展領域之一。伴隨這些穿戴式裝置不斷朝高功能化與輕薄化方向發展,其單位體積所散出的熱量愈來愈高,使散熱問題受到重視。

除了散熱問題,因應電子產品輕薄化需求而發展出來的軟性電子,主要將電子元件建構在軟性基板上達到可撓曲之目的,可以滿足穿戴裝置貼近人體運作的應用需求,因此散熱材料要能符合電子元件應用需求,將成為散熱設計的一項重點。本文將介紹可用於穿戴式裝置的散熱材料,特別是近年來極為熱門的人工石墨片,具高熱傳導性、可撓性及 EMI 遮蔽效果。




圖一、穿戴式裝置出貨量及成長率

 
市場與需求
根據 IEK 的報告指出,電子裝置的損壞原因(例如:潮濕、震動、灰塵等因素),以高溫導致電子功能喪失的比重最高,達 55%。全球散熱市場因不同需求的增加而不斷成長,推算全球導熱材料市場,從 2014年的 8億 5,006萬美元,至 2020年達到 13億 7,902萬美元。以 LED之市場應用為例,近年來發展十分迅速,其中散熱基板、封裝散熱、熱介面材料及熱燈具等相關的散熱材料,具有爆發性的成長。此外,通訊雲端計算能源等新興產業的散熱需求相繼崛起,因此未來穿戴式裝置對於散熱需求勢必與日俱增。
 
散熱材料發展趨勢
過去由於傳統電子裝置或行動智慧裝置的功能規格並不高,基本上使用鋁箔或銅箔即可解決散熱的問題。鋁材之優勢在於密度低且成本低,但其導熱係數較低;銅材之優勢在於較高的導熱係數,然而,其缺點在於密度過大,較不利於應用在可攜式產品之開發上。

近年來行動裝置的功能越來越高效能,其微處理器速度越來越快,產品也越來越薄型化,再加上鋰電池、LED背光源及晶片產生的熱,也從鋁箔或銅箔到使用天然石墨片,還是無法有效解決散熱問題,而且在散熱面積小及厚度較薄的限制下,使用高導熱的散熱元件,才能提高產品效能。

另一方面,隨著穿戴裝置時代的揭幕,軟性電子是因應穿戴裝置薄型化需求而發展的技術,主要將電子元件建構在軟性基板上達到可撓曲之目的,優點在於可使用捲對捲製程,可以大面積鍍塗及圖案化加工製程,提高生產速度與降低成本;而且可撓式的特性,讓裝置的設計能更貼近人體工學。因此,具有薄型化、高導熱性且有可撓曲性的散熱材料,勢必是穿戴裝置解決散熱問題的方案。

高導熱人工石墨片
可撓性人工石墨片具有優異的熱傳導性能,熱傳導率高達 1,600 W/m·K,相較於傳統的導熱材料,為鋁箔的 8倍、銅箔的 4倍及天然石墨片的 3倍;且該材料密度約 1.9 g/cm3,重量上比鋁輕 25%,比銅輕 75%,此外,具柔軟性,可以被彎折。由此可見,具高熱傳導性及可撓性的人造石墨片極適合應用在穿戴式裝置上。圖三為人工石墨片與其他材料之熱傳導率比較,從結果分析發現,足見人工石墨片優異的傳熱與散熱特性。自 1997年起,松下電子積極開發以聚醯亞胺為原料來製造人工石墨片,尤其是專注於……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 


圖三、人工石墨片與其他材料之熱傳導率比較

作者:王閔仟、劉彥群、邱國展 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」358期,更多資料請見下方附檔。


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