隨著現(xiàn)代電子設(shè)備朝著小型化、高功率密度、高集成化方向發(fā)展，電子器件的散熱問題成為了影響設(shè)備使用壽命和性能的關(guān)鍵，特別是在5G領(lǐng)域尤為突出，為此，需要更好的熱管理方案來解決這一問題。通常而言，電子器件產(chǎn)生的熱量需要傳遞到散熱器表面，而將熱界面材料（TIMs）填充于電子器件和散熱器之間可以最大限度的提升傳熱能力（圖1)。
圖1. 電子封裝結(jié)構(gòu)示意圖；TIMs被放置在芯片和散熱器之間。
TIMs主要由有機基體和無機填料組成，因此，TIMs的整體導(dǎo)熱能力將由聚合物和無機填料的導(dǎo)熱能力、聚合物和無機填料的界面熱阻、無機填料接觸面之間的界面熱阻共同決定。導(dǎo)熱率主要由電子或/和聲子決定，而目前廣泛的介紹只停留在宏觀導(dǎo)熱材料的制備和熱導(dǎo)率的表征方面，有關(guān)導(dǎo)熱率的解釋主要集中在無機填料粒徑分布、填料搭配構(gòu)筑導(dǎo)熱通路和粉體填充率大小方面，而對于微觀機制電子和聲子的介紹很少。因此本文簡要介紹了TIMs中的導(dǎo)熱機制，并從機制出發(fā)介紹了可供提高TIMs導(dǎo)熱性能的方向。
01 電子和聲子的熱傳導(dǎo) 電子導(dǎo)熱主要發(fā)生在導(dǎo)電性導(dǎo)熱材料中，當(dāng)這些材料所處環(huán)境失衡，電子將會從高溫向低溫擴散，產(chǎn)生相應(yīng)的電流和熱流，即發(fā)生電子導(dǎo)熱。而在介質(zhì)和非導(dǎo)電性聚合物中，導(dǎo)熱通常是聲子導(dǎo)熱，當(dāng)這類材料一側(cè)受熱，材料的晶格發(fā)生震動，而后相應(yīng)的震動傳遞給相鄰的原子導(dǎo)致熱流在材料中傳遞，通常我們遇到的TIMs就是這一類。作為TIMs的組成部分，無機非金屬填料晶格分布較為規(guī)則，聲子可以沿著晶格方向傳播，往往表現(xiàn)出優(yōu)異的導(dǎo)熱性能；而在另一重要組成部分高分子聚合物中，高分子鏈相互糾纏，對高速運動的聲子并不傳導(dǎo)，而這些聲子在高分子鏈界面被高度分散，導(dǎo)致聲子流程大幅度減少，導(dǎo)熱能力下降。因此，減小聲子的散射對于提高導(dǎo)熱性能格外重要。 圖2. 提升TIMs導(dǎo)熱性能的指導(dǎo)原則 03 無機填料表面功能化 無機填料表面功能化是有效增強填料與聚合物之間結(jié)合力的方法，這無疑降低界面熱阻，提升TIMs的導(dǎo)熱性能?；谶@種觀點，百圖致力于粉體材料的表面功能化從而獲得更優(yōu)的導(dǎo)熱材料。如圖3所示，我司開發(fā)的BAH系列產(chǎn)品有效降低了TIMs的粘度，極限填充率可提升約3%，是一種有效的熱管理方案。 圖3 表面功能化處理效果 04 填料之間共價鍵結(jié)合 共價鍵擁有比氫鍵和范德華力更強的結(jié)合力，填料之間共價鍵結(jié)合被認為是減小粉體間界面熱阻的重要方法，可有效提升其導(dǎo)熱性能。有報道顯示，通過機械輔助法使聚酰胺66和BN共價結(jié)合，很好的降低了填料之間的界面熱阻，導(dǎo)熱率顯著提高，是未共價結(jié)合時的4倍。 05 構(gòu)建導(dǎo)熱通路 通過焊接技術(shù)也可以提升粉體材料的導(dǎo)熱性能。該方法主要通過壓力、摩擦力，剪切力或高溫?zé)嵩诜垠w表面焊接微粉顆粒實現(xiàn)粉體間優(yōu)異的導(dǎo)熱通路，通過該技術(shù)手段可減小聲子的散射，從而提升其導(dǎo)熱能力。
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