熱界面材料熱阻模型和導(dǎo)熱強(qiáng)化研究.pdf

1、為消除電子器件內(nèi)固體接觸界面的接觸熱阻，通常在界面間填充熱界面材料(TIM)。填充后，界面處仍然形成了固-TIM-固三層結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生較大的熱阻Rj。Rj包括兩部分：TIM體熱阻Rbulk和TIM-固接觸熱阻Rc。因此，影響Rj的因素有：TIM熱導(dǎo)率(kTIM)，TIM厚度(BLT)和Rc。目前，工業(yè)中為提高kTIM，在TIM中填充新型的導(dǎo)熱顆粒，然而簡(jiǎn)單的填充方法無(wú)法充分利用新型顆粒的形狀和導(dǎo)熱特性，導(dǎo)致kTIM提升不明顯。另外，工業(yè)中需

2、準(zhǔn)確預(yù)估體熱阻Rbulk和接觸熱阻Rc值，但是，目前缺乏BLT和Rc的預(yù)測(cè)模型或測(cè)試手段。針對(duì)上述總結(jié)的問(wèn)題，本文展開(kāi)了如下研究工作：
　　TIM屬于復(fù)合材料，詳細(xì)研究了經(jīng)典復(fù)合材料熱傳導(dǎo)模型，包括Maxwell-Garnett(M-G)模型，Bruggeman非對(duì)稱(chēng)(BA)模型，平均介質(zhì)近似(EMA)模型和有限差分(FD)模型。理論研究表明，顆粒的微結(jié)構(gòu)(排布和分布)和顆粒/母體間界面熱導(dǎo)(Gint)是影響復(fù)合材料導(dǎo)熱性的關(guān)鍵因

3、素。基于此，本文提出了幾種TIM制備工藝，通過(guò)調(diào)控微結(jié)構(gòu)或界面熱導(dǎo)，提升TIM導(dǎo)熱性。
　　為使TIM中形成理想微結(jié)構(gòu)，借助磁響應(yīng)填充顆粒，通過(guò)特定的磁場(chǎng)控制顆粒在TIM中成型。磁響應(yīng)顆粒的制備方法是：以六方氮化硼(h-BN)為導(dǎo)熱顆粒，將順磁性納米四氧化三鐵(Fe3O4)顆粒通過(guò)靜電力法附著在h-BN表面，得到具有磁性的h-BN@Fe3O4復(fù)合顆粒。接著，通過(guò)磁場(chǎng)控制h-BN@Fe3O4在TIM中的排布方向或者位置。由此制得的T

4、IM展現(xiàn)出良好的導(dǎo)熱性。
　　為增大顆粒/母體界面熱導(dǎo)Gint，借助自組裝分子膜(SAM)對(duì)界面進(jìn)行改性。對(duì)于銅/樹(shù)脂界面，采用的SAM為巰基-十一胺鹽酸鹽，SAM一端的巰基和銅形成硫-銅共價(jià)鍵，另一端的氨基能打開(kāi)環(huán)氧樹(shù)脂的環(huán)氧基團(tuán)形成共價(jià)鍵。改性后，Gint增大11倍。
　　基于圖像測(cè)距原理，搭建了一個(gè)非接觸式測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)，用于測(cè)量BLT。測(cè)試精度控制在±3.5μm左右。建立了一個(gè)Rc預(yù)測(cè)模型。為驗(yàn)證模型，搭建了一個(gè)熱界面測(cè)試