隨著現(xiàn)代電子設備朝著小型化、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備使用壽命和性能的關鍵，特別是在5G領域尤為突出，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的整體導熱能力將由聚合物和無機填料的導熱能力、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熱材料的制備和熱導率的表征方面，有關導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中的導熱機制，并從機制出發(fā)介紹了可供提高TIMs導熱性能的方向。
01 電子和聲子的熱傳導 電子導熱主要發(fā)生在導電性導熱材料中，當這些材料所處環(huán)境失衡，電子將會從高溫向低溫擴散，產(chǎn)生相應的電流和熱流，即發(fā)生電子導熱。而在介質(zhì)和非導電性聚合物中，導熱通常是聲子導熱，當這類材料一側(cè)受熱，材料的晶格發(fā)生震動，而后相應的震動傳遞給相鄰的原子導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，而這些聲子在高分子鏈界面被高度分散，導致聲子流程大幅度減少，導熱能力下降。因此，減小聲子的散射對于提高導熱性能格外重要。 圖2. 提升TIMs導熱性能的指導原則 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的導熱性能。基于這種觀點，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，導熱率顯著提高，是未共價結(jié)合時的4倍。 05 構(gòu)建導熱通路 通過焊接技術也可以提升粉體材料的導熱性能。該方法主要通過壓力、摩擦力，剪切力或高溫熱在粉體表面焊接微粉顆粒實現(xiàn)粉體間優(yōu)異的導熱通路，通過該技術手段可減小聲子的散射，從而提升其導熱能力。
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