熱界面材料文獻(xiàn)綜述

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1、(a)圖1Rtim學(xué)Sc"Rc2公式(1)熱界面材料研究進(jìn)展鄭連杰1前言隨著電了電了器件集成密度和功率密度不斷增加，尤其是近年來大功率LED的興起，屯子器件對散熱性能的要求也越來越高，而目前熱界面材料與其他電子器件相比熱導(dǎo)率相差幾個數(shù)量級，因此熱界面材料已成為提高電子產(chǎn)品散熱性能的瓶頸之一。一文獻(xiàn)對近年來熱界面材料的研究進(jìn)展做了非常詳盡的綜述。但這些文獻(xiàn)主要集屮在熱界而材料的分類、應(yīng)用、優(yōu)缺點(diǎn)以及導(dǎo)熱性能的描述。本文將在近期綜述文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上重點(diǎn)介紹各類熱界面材料的主要組成成份。在介紹熱界面材料組成以及性能之前，首先簡m了解關(guān)于熱界面材料導(dǎo)熱的基木理論。(b)實(shí)際接觸平面微觀示意

2、圖(b)理想的熱界面材料示意圖當(dāng)兩個平面相互接觸吋如圖1(a)所示，由于材料表面存在微觀粗糙度,接觸表面存在空隙?？障兜拇嬖谑沟媒缑嫣師嶙柙龃?。因此粘結(jié)接頭的熱阻主要包括體熱阻和界面熱阻兩部分圖1(b)o熱界而材料的熱阻可表示為:TIMBLT：鍵合區(qū)厚度KTim：熱界面材料體熱導(dǎo)率Rci，RC2：接觸界面熱阻公式(1)說明熱界面材料的熱阻不僅決定于其休熱導(dǎo)率，還與BET和界面接觸(a)圖1Rtim學(xué)Sc"Rc2公式(1)熱界面材料研究進(jìn)展鄭連杰1前言隨著電了電了器件集成密度和功率密度不斷增加，尤其是近年來大功率LED的興起，屯子器件對散熱性能的要求也越來越高，而目前熱界面材料與

3、其他電子器件相比熱導(dǎo)率相差幾個數(shù)量級，因此熱界面材料已成為提高電子產(chǎn)品散熱性能的瓶頸之一。一文獻(xiàn)對近年來熱界面材料的研究進(jìn)展做了非常詳盡的綜述。但這些文獻(xiàn)主要集屮在熱界而材料的分類、應(yīng)用、優(yōu)缺點(diǎn)以及導(dǎo)熱性能的描述。本文將在近期綜述文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上重點(diǎn)介紹各類熱界面材料的主要組成成份。在介紹熱界面材料組成以及性能之前，首先簡m了解關(guān)于熱界面材料導(dǎo)熱的基木理論。(b)實(shí)際接觸平面微觀示意圖(b)理想的熱界面材料示意圖當(dāng)兩個平面相互接觸吋如圖1(a)所示，由于材料表面存在微觀粗糙度,接觸表面存在空隙。空隙的存在使得界面處熱阻增大。因此粘結(jié)接頭的熱阻主要包括體熱阻和界面熱阻兩部分圖1(b)

4、o熱界而材料的熱阻可表示為:TIMBLT：鍵合區(qū)厚度KTim：熱界面材料體熱導(dǎo)率Rci，RC2：接觸界面熱阻公式(1)說明熱界面材料的熱阻不僅決定于其休熱導(dǎo)率，還與BET和界面接觸熱阻冇關(guān)。對比不同材料導(dǎo)熱性能的優(yōu)劣除了常見的熱導(dǎo)率w/mKZ外人們述經(jīng)常使用界面熱阻Kcni'/W。很多熱界面材料要在一定的壓力下使用，因此不同材料因其流變學(xué)特性而具有不同的BLTo熱界而材料的粘度、填料粒子的尺寸形狀以及含量對BLT有直接影響，而材料和粘合界面的親和性能以及對表面凹凸的填充能力直接決定著的犬小。因此對?于熱界面材料的設(shè)計(jì)者而言，為了獲得具有低熱阻的界面材料，應(yīng)全面考慮這些因素。2熱

5、界面材料的分類與特性熱界面材料在電子工業(yè)中有著很長的應(yīng)用歷史，主要組成為基體材料和高導(dǎo)熱填料。熱界而材料的分類方法多種多樣。按導(dǎo)電類型可分為導(dǎo)電型和絕緣型。按成分又可分為有機(jī)、無機(jī)和金屬型。按組成可分為單組份和雙組分等。按照熱界面材料的歷史發(fā)展和特點(diǎn)口J分為：導(dǎo)熱膠(thermalconductiveadhesives)導(dǎo)熱油脂(thermalgrease)>相變導(dǎo)熱材料(phasechangematerials,PCMs)>導(dǎo)熱帶(thermaltapes)>彈性導(dǎo)熱墊(elastomericpads)導(dǎo)熱凝膠(thermalgel)以及金屬釬料(metalicsolders

6、)等。2.1導(dǎo)熱膠(thermalconductiveadhesives)導(dǎo)熱膠是發(fā)展較早的產(chǎn)品，其主要組成是樹脂基體、導(dǎo)熱填料、稀釋性溶劑或者是反應(yīng)型稀釋劑、固化劑和添加劑。用于電子膠黏劑的樹脂基體主要包括：環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、有機(jī)硅膠、聚氨酯、丙烯酸酯和氧酸酯等。環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂廣泛的應(yīng)用于電子組裝以及封裝膠黏劑屮，環(huán)氧樹脂得名于結(jié)構(gòu)上的環(huán)氧基，其中最常用的環(huán)氧樹脂有雙酚?A型、雙酚?F型。固化劑環(huán)氧樹脂可以和多種固化劑發(fā)生固化反應(yīng)，一般來講凡是能夠提供活化氫的物質(zhì)都口J以和環(huán)氧基發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，按反應(yīng)類型的不同固化劑可分為均聚型、加成型和潛伏型。1.均聚型所謂均聚型是指同化

7、過程屮同化劑不參與反應(yīng)，而是環(huán)氧樹脂同種分子Z間發(fā)生聚合反應(yīng)，即固化劑只起到催化作用。1.加成型固化過程屮固化劑和環(huán)氧基反應(yīng)，這樣的固化劑有胺類以及酸酹類固化劑。2.潛伏型固化劑對于常見的胺類固化劑與環(huán)氧樹脂反應(yīng)溫度低速度快，因此配置的單組份膠黏劑應(yīng)低溫保存，而雙組分膠操作性差。潛伏型固化劑在常溫下不能提供固化反應(yīng)所需的活化氫，當(dāng)溫度升高之后交聯(lián)反應(yīng)才會發(fā)生，路易斯酸便屬于這種類型。從本質(zhì)上來講，潛伏型固化劑也屬于加成型固化劑。稀釋劑環(huán)氧樹脂的粘度直接影響填料的最大添加含量，同時粘度過大導(dǎo)熱