一種用于芯片散熱的復合相變熱界面材料

熱管理博覽會

2023年5月26日 08:50

來源 | Applied Thermal Engineering

背景介紹

隨著電子器件小型化、集成化、高功率化的快速發展，散熱問題已成為微電子技術的主要瓶頸之一。需要注意的是，熱界面材料(TIMs)被廣泛用于填補電子元件與散熱器接觸界面處的氣隙，因此在電子元件的散熱中起著至關重要的作用。電子技術的進步需要開發高性能的TIM。增強導熱系數是提高TIMs散熱性能的一種非常有效的方法，這可以通過添加導熱填料來實現。對于粘結厚度（BLT）和接觸熱阻（TCR），它們與硬度密切相關。有報道稱，采用固-液相變材料(PCMs)作為TIMs，即相變TIMs (PCTIMs)，其在吸收電子元件產生的熱量后由固態變為液態，硬度顯著降低，從而降低熱阻。此外，PCTIMs在吸熱前為固態，具有易于安裝的優點。然而，目前的PCTIMs通常存在兩個缺點，液體PCM泄漏和導熱系數低。因此，開發高導熱、形狀穩定的PCTIMs對于實現高效散熱具有重要意義。

成果掠影

相變熱界面材料(PCTIMs)受到越來越多的關注，但其導熱系數低，難以顯著改進。近期，華南理工大學傳熱強化與過程節能教育部重點實驗室方曉明研究員取得新成果。該團隊使用垂直排列的短切碳纖維(VASCFs)用于開發具有高導熱性的PCTIMs，這是首次采用該方法開發PCTIMs。由于提供了完整的傳熱路徑，VASCFs獲得了最有效的導熱增強效果，這一點在有限元模擬中得到了進一步驗證。因此，將VASCFs摻入硅橡膠(SR)和石蠟(PA)的材料中，以制造形狀穩定的相變材料。VASCFs/PA/SR材料的導熱系數高達7.00 W/(m·K)，遠高于之前報道的PCTIMs。更重要的是，PA相變引起的熱阻降低導致VASCFs/PA/SR的散熱性能更好，從而使VASCFs/PA/SR相變熱墊具有實際應用潛力。研究成果以“Vertically aligned carbon fibers-penetrated phase change thermal interface materials with high thermal conductivity for chip heat dissipation ”為題發表于《Applied Thermal Engineering》。

圖文導讀