用于改善电子设备热管理的树脂材料 |旭化成工程塑料

电子设备中热管理的重要性

电子设备中的热管理是一项至关重要的考虑因素，直接影响设备的性能和使用寿命。近年来，设备功能不断增加、设备体积不断缩小的趋势导致热辐射不断增加，因此需要高效的冷却技术。

如今，热管理问题已成为信息通信网络基站、太阳能发电机的电源转换系统 (PCS)、逆变器、电机等各种应用领域中各种组件面临的关键技术挑战。特别是，近年来人工智能 (AI) 和物联网 (IoT) 领域的快速发展，促使大量组件在近距离内运行的高密度系统激增，对热管理系统的要求也越来越严格。

这些发展使得热管理成为现代技术的一个重要领域，并对电子设备的可靠性产生了直接的影响。

用于改善电子设备热管理的工程塑料泡沫：

SunForce™产品是由XYRON™改性 PPE 树脂制成的泡沫珠，结合了改性 PPE 树脂的优异物理性能（包括耐热性、尺寸稳定性和低吸水率）以及珠状泡沫的轻质和良好的赋形剂性能（形状灵活性）。

此外，阻燃性与耐热性的结合使得 SunForce™ 泡沫即使是珠状泡沫材料的形式也能满足严格的 UL94 V-0 可燃性标准。

由于SunForce™产品采用模内发泡技术生产，因此它们也非常适合大规模生产。

此外，SunForce™泡沫的独立气泡结构使这些材料成为优异的隔热材料。

材料	热导率 (W/m･K)	材料	热导率 (W/m･K)	材料	热导率 (W/m･K)
碳纳米管	5500	LCP（液晶聚合物）	0.56	阳光力量™（x5）	0.041
钻石	2000	FRP（纤维增强塑料）	0.26	纤维素纤维	0.040
铜	370	PPS（聚苯硫醚）	0.26	岩棉	0.038
铝	200	聚碳酸酯	0.19	太阳力™ (x7)	0.038
石墨	120	ABS	0.19	玻璃棉32K	0.036
铁	80	聚氯乙烯（PVC）	0.17	三聚氰胺泡沫	0.035
碳铜	41	胶合板	0.16	太阳力™ (x10)	0.034
氧化铝	32	刨花板	0.15	挤塑聚苯乙烯泡沫塑料（3 型）	0.028
不锈钢	16	改良个人防护装备	0.15	硬质聚氨酯泡沫（1 型 #1）	0.024
碳纤维增强塑料	4.7	聚苯乙烯	0.15	空气	0.022
锆石	3.0	柏木	0.095	二氧化硅气凝胶	0.017
具体的	1.6	雪松木	0.087	二氧化碳	0.015
玻璃	1.0	软木	0.043	真空绝热材料	0.002
水	0.58	–	–	–	–

SunForce™的隔热性能（一系列材料的比较、室温参考值）

接下来我们将介绍两个利用SunForce™泡沫的独特性能来改善电子设备的热管理的示例应用。

随着电子设备性能的不断进步，对提高热管理效率、增强可靠性和提高安全标准的需求也日益增加。

SunForce™材料具有高耐热性和阻燃性（经 UL94 V-0 标准认证），非常适合批量生产薄壁、复杂形状的绝缘材料。它采用小直径珠粒作为原料，通过模内发泡成型。这允许批量生产适合复杂形状组件的绝缘材料。

泡沫类型	SunForce™	每股收益 (发泡聚苯乙烯)	弹性聚丙烯 (发泡聚丙烯)	聚氨酯泡沫板
成型方法	模内发泡	模内发泡	模内发泡	挤出发泡
成形性	+++	++	++	-
薄壁成型	++	-	-	-
耐热性（DTUL）	++	-	-	-
阻燃性	UL94 V-0	易燃	易燃	易燃

SunForce™与其他通用泡沫材料的比较

在对复杂部件进行隔热时，通常需要工人手工涂抹玻璃棉或聚氨酯泡沫。但是，使用SunForce™不仅可以通过高隔热性提高热管理效率，而且还有助于防止结露、减少零件数量（节省人工和成本）、提高组装过程中的生产效率和组装精度（确保稳定的产品质量）。

这些特性使SunForce™可应用于汽车冷却部件、5G/6G通信设备和太阳能调节器的冷却部件、数据中心和AI服务器的水冷部件、发动机油分离器以及空调管道等需要高性能和高安全性的广泛领域。

我们的第一个例子是使用 SunForce™ 隔热罩来实现具有高发热元件的电路板的隔热（例如在太阳能发电机中的 PCS 单元中可能发现的）。

SunForce™泡沫具有优异的隔热性能、广泛的形状灵活性、阻燃性和耐热性，使其成为隔热罩的理想材料，用于隔离电子电路板的发热区域与非发热区域。

下图显示了使用热分析仿真模型计算出的电子设备内部的温度分布，在添加隔热层之前和之后太阳之力™隔热罩将高发热元件与非发热元件隔离。这些结果证明了SunForce™热管理解决方案如何显著降低设备内部温度。

这个例子说明了由SunForce™泡沫制成的隔热罩如何通过降低工作温度、防止组件退化以及提高组件布局的灵活性来简化电子设备的小型化。

我们的第二个示例涉及在配备高发热元件的电路板上安装隔热SunForce™管道。这补充了上面讨论的隔热罩示例，提供了一种利用SunForce™泡沫的独特性能来改善电子设备热管理性能的替代方法。

电子元件的工作温度差异会导致电子设备内部产生对流气流。在某些情况下，各种因素（例如元件布局或设备内的温度分布）可能会共同阻碍空气流过特定设备区域，从而降低冷却机制的性能并导致元件温度升高。

本例中考虑的特定系统出现了气流受阻的问题：太阳能电池 PCS 单元配备内部冷却风扇，如下图左侧所示。为了缓解这个问题，我们改进了设计，在风扇单元周围安装了隔热SunForce™管道，如下图右侧所示。

下面的流线图显示了添加SunForce™管道之前和之后电子设备中模拟的气流。通过比较这些图，我们可以看到管道为空气流过设备创造了新的路径，确保从进气到排气的所有阶段的气流都得到平稳控制。在发热部件附近，气流质量的改善尤为显著。

模拟的温度分布如下图所示：通过管道控制气流可以显著降低组件温度。

这个例子展示了由SunForce™泡沫制成的隔热管道如何改善电子设备中的气流控制，从而降低组件温度，防止组件性能下降，并提高组件布局的灵活性。

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