碳纳米管/天然橡胶热界面材料制备及热管理性能研究

热界面材料是解决现代高功率和高集成化电子器件热量聚集和耗散的有效手段。基于三维网络结构调控导热性能的策略,以三聚氰胺泡沫(MF)为骨架,采用化学表面改性制备碳纳米管三维网络结构(CNT),并采用真空浸润法制备碳纳米管/天然橡胶热界面复合材料(CNT/NR),研究CNT含量对材料微观结构、导热性能和热管理性能的影响。结果表明,当CNT的含量为2.2%(质量分数)时,CNT可附着于MF骨架并呈现完整连续的三维网络结构,其热界面复合材料垂直面外的导热率为1.58 W m^(-1) K^(-1),拉伸强度为12.9 MPa,断裂伸长率为489%,并具有显著的热管理性能,这表明CNT/NR热界面复合材料有望成为一种机具应用价值的热管理材料。

具有高柔顺性液态金属桥接铝粉基热界面材料

为了解决热界面材料导热系数和柔顺性能在热界面材料中相互制约的问题,通过向聚二甲基硅氧烷/铝体系中引入液态金属,降低球形铝粉之间的接触热阻,提高了聚二甲基硅氧烷/铝的导热性能;同时,避免了高填料含量导致的柔顺性下降问题。制备的聚二甲基硅氧烷/铝/液态金属热界面材料导热系数达到4.25 W·m^(-1)·K^(-1),柔顺性能表现优异(断裂伸长率高达164.9%,杨氏模量仅为174 kPa),与生物软体组织的力学性能类似。为满足高功率和大尺寸芯片(如CoWoS晶圆级封装)的热界面材料的发展提供了一种新颖的思路。

热界面用导热绝缘陶瓷填料的研究进展

兼具高导热和绝缘性的热界面材料是支撑电气设备高效运行,提升其使用寿命的重要基础材料。热界面材料以高分子聚合物为基体,因而其本征导热性能差;通过添加高导热的绝缘陶瓷填料,构建三维导热网络,可以极大地提升聚合物基复合材料的导热性能。综述了近年来氧化物、氮化物、碳化物以及陶瓷复合填料的研究现状及存在的问题,同时展望了今后高导热陶瓷填料的发展方向与研究重点。

高导热聚合物/石墨烯热界面材料研究进展

电子设备和器件的过热问题已严重影响其稳定性、可靠性和使用寿命,热界面材料对于降低电子设备和器件的工作温度至关重要.聚合物与石墨烯复合制备的高导热性能热界面材料广泛应用于消费电子产品、信息技术、医疗设备等方面.在阐述聚合物热界面材料导热机理的基础上,总结了石墨烯的本征特性对聚合物/石墨烯热界面材料导热性能的影响,重点介绍了提高聚合物/石墨烯热界面材料导热性能的方法,最后展望了该材料的发展方向.

微电子封装热界面材料研究综述

随着半导体器件向着微型化、高度集成化及高功率密度方向发展,其发热量急剧增大,热失效已经成为阻碍微电子封装器件性能和寿命的首要问题.高性能的热管理材料能有效提高微电子封装内部元器件散热能力,其中封装结构散热路径上的热界面材料(Thermal Interface Material,TIM)便是热管理中至关重要的环节.通过热界面材料填充器件热源和散热单元之间的空隙,可以大幅度降低接触热阻,增加热量的传递效率.对微电子封装而言,高性能的热界面材料不仅需要高的导热系数以降低封装热阻,还需具备一定的压缩性以弥补封装的装配偏差,然而通常很难兼顾上述两种特性.本文重点关注微电子封装中热界面材料,系统地梳理了目前热界面材料的常见类型、应用存在问题、关注研究热点和国内外发展现状.

金属基热界面材料研究进展

随着芯片向小型化、集成化和高功率化发展,其在工作时产生的热量增多,若产生的热量不能及时传递到外部,会严重影响电子元件的性能和使用寿命。热界面材料是电子元件散热结构中重要的组成部分,其主要作用是填充电子元件与散热器之间的空气间隙,使电子元件产生的热量快速转移,降低界面热阻。综述了现有热界面材料的种类和特点,详细介绍了金属基热界面材料的类型与性能特征、研究现状及存在的问题等,并对低熔点金属基热界面材料的发展进行了展望。

高性能导热胶粘剂热界面材料:机理、现状与趋势

本文综述了导热胶粘剂的传热与粘接的基本机理和模型。分析总结了近年来导热胶粘剂的导热增强技术发展情况。着重介绍了环氧导热胶粘剂以及有机硅导热胶粘剂,并探讨了新材料技术对导热胶粘剂的影响。最后对导热胶粘剂现阶段遇到的问题以及未来可能的研究方向进行了展望。

碳基填料填充型热界面材料的研究现状

芯片的集成化和高功率化使其运行过程中热量激增。为了保障设备正常运行,导热性能优异的热界面材料非常关键。对于填充型热界面材料而言,填料的导热性能直接影响整体的导热性能。碳材料动辄上千的导热系数若是可以实现有效应用,对电子行业的发展有着举足轻重的作用。但由于碳基填料几乎都存在难分散、难填充和导热方向性的特点,使得碳基热界面材料的开发和应用存在难点。文中系统介绍了填充型热界面材料的导热机理和碳基填料的影响,重点综述了国内外学者在碳基填料官能化、协同强化、预制碳基骨架和碳基填料定向处理这些有望制备高性能热界面材料的先进技术上的优势和特点,并对这一热门领域未来发展的机遇与挑战进行了展望。

含石蜡@二氧化硅纳米胶囊和碳纤维的相变热界面材料及其散热性能

含有相变材料的热界面材料(即相变热界面材料)可借助相变材料的吸热来直接缓解高热通量对芯片造成的冲击。将相变胶囊与导热填料复配引入聚合物基料有望获得可靠性好的相变热界面材料。将石蜡@二氧化硅纳米胶囊与碳纤维复配,制备了一系列含不同质量分数碳纤维和纳米相变胶囊的聚二甲基硅氧烷基相变热界面材料样品,测定了它们的相变特性、热导率和硬度,并将它们分别用于模拟芯片散热来评价其应用性能。结果表明,碳纤维含量的增大致使相变热界面材料样品的热导率和硬度上升,而纳米相变胶囊含量的上升带来相变热界面材料的熔化焓上升及硬度下降,从而都对相变热界面材料的散热性能产生影响。石蜡@二氧化硅纳米胶囊和碳纤维的协同作用致使在所有制备的样品中纳米胶囊含量34%(质量)和碳纤维含量9%(质量)的相变热界面材料取得了最佳散热性能。此外,该相变热界面材料还具有优异的热可靠性,因而具备应用前景。

有机硅基热界面材料的研究进展

综述了使用陶瓷填料(如氮化硼、氧化铝等)提高有机硅基热界面材料(导热硅脂、导热硅橡胶垫片及导热硅凝胶)导热性能的研究进展。此外,还总结了导热硅脂、导热硅凝胶渗油性,导热硅橡胶垫片柔软性的研究进展。

热界面材料层空洞对有无基板IGBT模块芯片结温影响对比研究

新兴的无基板模块广泛应用于新能源领域,其对热界面材料的涂敷要求较高,但相关的研究目前较少。文章针对热界面材料(Thermal Interface Material,TIM)层空洞率不同时,对有、无基板IGBT模块上的芯片结温变化规律进行了仿真研究。通过建立精确数值模型进行稳态热仿真试验,根据试验结果定量分析有、无基板模块上的芯片结温受TIM空洞影响程度。结果表明,相比无基板模块,有基板模块上的芯片结温低,试验芯片分别低8.578 K和9.544 K左右;在TIM层空洞率上升时,对于结温升高速率,无基板模块比有基板模块大,无基板模块的大芯片和小芯片的升温速率分别约为对应的有基板模块大、小芯片的32.190倍和240.875倍;大芯片结温上升速率均比小芯片低,对于有、无基板的模块而言,前者分别约为后者的23倍和3倍。无基板模块对TIM层状态更敏感,要求更高。

还原氧化石墨烯/铜复合热界面材料的实验研究

为了提高热界面材料的导热性能,采用电泳沉积法制备还原氧化石墨烯/铜复合材料,对比分析还原氧化石墨烯/铜、多层石墨烯和纳米银对环氧树脂热导率的增强效果。采用扫描电镜对还原氧化石墨烯/铜复合材料的微观形貌进行表征;使用热常数分析仪、数字式粘度计和接触热阻测试仪分别对环氧树脂基复合热界面材料的热导率、粘度和界面热阻进行调控测试。结果表明,实验成功制备了还原氧化石墨烯/铜,且金属铜颗粒均匀分布在石墨烯片层间;还原氧化石墨烯/铜、多层石墨烯、纳米银对环氧树脂的导热系数均有提高;还原氧化石墨烯/铜复合材料质量分数为30%时,环氧树脂基复合热界面材料的导热系数提高了4.5倍;在0.9 MPa压力下,界面接触热阻为37.06 mm^(2)·K·W^(-1),与不添加界面材料时相比降低了35.9%(未添加热界面材料时界面接触热阻为57.84 mm^(2)·K·W^(-1))。高导热材料能提高环氧树脂基热界面材料的热导率,可显著改善接触面的传热性能。

热界面材料概况及性能影响因素

综述了热界面材料的分类、组成,介绍了热界面材料的制备工艺和影响热界面材料性能的因素,重点讨论了填料的取向调控方法、不同种类填料间存在的协同作用以及填料表面改性等因素对材料性能的影响,最后对热界面材料的应用前景进行了展望。

新型铜颗粒填充的液态金属热界面材料导热性能实验研究

为强化界面传热,研制了一种以铜颗粒为填充材料、Ga62.5In21.5Sn16液态金属为基体的新型复合热界面材料,并对其导热性能进行了测试。首先将所制备的热界面材料放置在两片铜片之间,制备3层结构试样,然后利用激光导热仪测量所制备试样的导热性能,并计算相应试样的接触热阻。实验结果表明:铜颗粒填充型液态金属可以大大提高氧化后液态金属作为热界面材料的性能,利用铜粉质量分数分别为5%和10%的液态金属所制备的试样,导热系数和接触热阻分别为(200.33±15.66)、(233.08±18.07)W/(m·K)和(7.955±0.627)、(5.621±0.437)mm2·K/W,较利用氧化后液态金属所制备试样的导热系数分别约提高了68%和96%,接触热阻分别约降低了57%和70%,并可以有效降低液态金属的流动性,从而减少液态金属在使用过程中溢出现象的发生。

大功率LED散热技术和热界面材料研究进展

LED结温的升高将造成发光强度降低、发光主波长偏移、寿命降低等不利影响,开发高效、紧凑、低成本、高可靠性的散热技术是LED的重点研究内容之一。总结了目前大功率LED不同类型散热技术的原理及其研究现状,包括自然对流、风冷、液冷、热管和热电制冷等,分析了各种散热技术的优缺点。并介绍了目前LED常用的几种热界面材料,指出碳纳米管是一种非常有潜力的热界面材料。

碳纳米管阵列应用于热界面材料的研究进展

介绍与评价了近年来用于改善作为热界面材料(TIM)的碳纳米管阵列性能的方法,探讨了碳纳米管阵列形貌、缺陷状态、界面处理和固化材料引入对碳纳米管阵列导热性能的影响,总结了其在热界面材料领域应用所需要具备的条件,即能够作为热界面材料的碳纳米管阵列必须满足形貌合适、缺陷较少、一定程度复合、接触界面热阻低、封装工艺合理等一系列要求。

煤基石墨烯改性树脂热界面材料研究进展

伴随着电子工业的发展,越来越多的元器件被封装在电子产品中,给热管理带来了很大挑战。树脂基热界面材料作为一种散热材料,在散热器件中起到热传导作用,以保障电子器件运行的稳定性和可靠性。煤基石墨烯具有价格低廉、热导率极高的优点,已成为用于强化树脂基热界面材料导热性能的研究热点。本文介绍了树脂基体和煤基石墨烯类填料的选择和应用,归纳了树脂基热界面材料的制备方法,并结合研究现状,阐述了煤基石墨烯改性树脂热界面材料的发展趋势。

多尺度复合热界面材料研究进展

热界面材料是电子器件热管理的重要部分,对降低界面热阻、提高散热效率至关重要。本文从导热填料的粒径复配、填料之间的界面热阻以及新兴二维高导热填料的应用3个角度对多尺度复合热界面材料的研究进展进行了综述,提出了高性能热界面材料未来重要的研究方向。

3种常用热界面材料的接触热阻压力实验研究

为了更好降低固-固界面接触热阻,研究了导热硅脂、导热橡胶垫、铟片这3种工程上常用的热界面材料随加载压力变化对固-固界面接触热阻的影响。稳态热流法实验结果表明,30 psi的压力为工程建议选取压力值。如当压力小于30 psi时,导热硅脂和导热橡胶垫对接触热阻的影响随压力变化显著;当压力大于30 psi时,导热硅脂和导热橡胶垫对接触热阻的影响随压力变化则不明显;导热橡胶垫的厚度随压力变化对接触热阻的影响较大,铟片随压力变化对接触热阻的影响是近似呈线性变化。

高亮度LED灯具热界面材料制备及热模拟分析

利用具有优异导热性能的石墨烯制备了石墨烯／硅油热界面复合材料，研究了材料的相关性能，并将其用于高亮度LED路灯上的散热封装，在对其封装散热效果分析时发现，该热界面材料能有效地降低器件界面热阻，改善高亮度LED的散热问题；同时采用有限元模拟软件ANSYS对热界面材料的散热效果进行模拟，为改进LED封装技术提供了依据。