应用与解决方案Applications and Solutions

电子领域高导热界面材料

发布时间:2023-08-19

信息技术的飞速发展对电子设备提出了新的要求。因现阶段市场的普遍需求,小型化和具有高功能密度集成的电子设备成为未来发展主流趋势。

然而,由于集成电子设备在运行过程中会产生大量热量,因此有效的散热对于良好的性能、高稳定性和长使用寿命至关重要。

为解决上述问题,导热材料是一种可广泛解决电子设备散热问题的关键技术之一. 特别是,聚合物基材料因其低成本、易加工性和耐化学性而受到广泛关注。


驾驶舱内部的电子设备


其中,填料型聚合物复合材料制备简单,并且可以实现高导热性,但填料类型和填料本身的导热率,是影响导热聚合物复合材料的主要因素。

另外,填料形态和尺寸,将作为主要影响复合材料导热性的主要因素。经国外研究案例,认为一维结构可以比零维结构更有效地提高导热系数,并且二维结构同时具有提高导热系数和强化基体的优势。这是由于大面积微观结构可以更容易的形成导热网络,因此在低含量下可以更有效地提高导热率。

一般而言,导热系数随着填料含量的增加而增加,一旦填料含量超过渗滤阈值 ,导热系数会迅速增加。然而,高含量的填料也会带来其他负面影响,例如增加制造成本,导致机械性能大幅下降 。填料的表面改性:填料的改性或功能化将避免团聚,提高在基体中的分散性,由于填料与基体之间的强相互作用,也可以降低界面热阻。


大连义邦引入的BNNano氮化硼纳米管具有独特的三维结构


经国内外研究,由于BNNT具有优异的耐热性、热稳定性、化学稳定性、绝缘性能和导热性,因此,所制备的复合材料具有优异的热稳定性、良好的加工性和优异的粘结性能,可用作航空电子领域的热界面材料。

另外,包裹芯片的材料多为聚合物,原因是聚合物具有优异的机械性能,能够很好的保护芯片,但是它们的导热性能非常差,聚合物材料本体固有导热率较低,约为0.2Wm-1K-1,当把氮化硼纳米管加入到聚合物中,会提升聚合物导热性能10倍以上。


传统的热界面材料 (TIM) 示意图


大连义邦引入的BNNano氮化硼纳米管(BNNT),是为数不多已形成商业化量产的高纯度氮化硼纳米管粉末,纯度大于90%。并且,通过特殊的制备工艺,氮化硼纳米管微观具有特有的三维结构,对比二维结构,可大幅度的提升交联性,这种独特的氮化硼纳米管与基材混合时产生弱的化学键,既增强了强度,又提升导热性能。同时,三维结构有助于增强与集体材料之间的交联,而又限制了范德华力,不会产生团聚现象。与二维结构的氮化硼纳米片相比,可大幅降低添加比例,不会导致导热材料变粘稠,从而增强其工艺操作性。


大连义邦氮化硼纳米管粉末


同时,该材料有着2400w/m.k的导热率,超强的机械性能,同时在空气中的热稳定性高达900摄氏度。在国外已将氮化硼纳米管粉末与水溶性的化学物质混合在一起,涂覆于晶圆片的背面,不仅实现了比普通TIMs更好的散热效果,并且比TIMs具有更好贴合度。使芯片产生的热量更迅速的散发出去,从而达到快速散热的功能。

此外,采用氮化硼纳米管作为填料,可使微电子器件的体积更小,满足电子器件微型化的特点,且因其超高的导热率和耐高温性,也使器件能在高压、高功率和高温下运行,可以达到迅速散热的功效。




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