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《熱界面材料文獻(xiàn)綜述.doc》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、熱界面材料研究進(jìn)展鄭連杰1刖a隨著電子電子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，而口前熱界面材料與其他電子器件相比熱導(dǎo)率相差幾個(gè)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。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)主要集屮在熱界面材料的分類、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)介紹各類熱界而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，首先簡單了解關(guān)于熱界面材料導(dǎo)熱的基木理論。圖1(a)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(gè)平面相
2、互接觸時(shí)如圖1(")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)。熱界面材料的熱阻可表示為：Rtim公式(1)TIMBUT：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體熱導(dǎo)率，還與BUT和界面接觸熱阻有關(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外人們還經(jīng)常使用界面熱阻Kcm2/Wo很多熱界面材料要在一定的床力下使用，因此不同材料因其流變學(xué)特性血具有不同的BLT。熱界而材料的粘度、填料粒子的尺寸形狀以及含量對
3、BLT有直接影響，而材料和粘合界而的親和性能以及對表而凹凸的填充能力直接決定著&■的大小。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而材料，應(yīng)全而考慮這些因素。2熱界面材料的分類與特性熱界面材料在電子工業(yè)屮有著很長的應(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。按照熱界血材料的歷史發(fā)展和特點(diǎn)可分為：導(dǎo)熱膠(thenriQlconductiveadhesives導(dǎo)熱油脂(thermalgrease)、相變導(dǎo)熱材料(phasechangemateria
4、ls,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)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、內(nèi)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，其屮最常用的環(huán)氧樹脂有雙酚?A型、雙酚?F型。固化劑環(huán)氧樹脂可
5、以和多種固化劑發(fā)生固化反應(yīng)，-般來講凡是能夠提供活化氫的物質(zhì)都可以和環(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固化過程屮固化劑不參與反應(yīng)，而是環(huán)氧樹脂同種分子乙間發(fā)生聚合反應(yīng)，即固化劑只起到催化作用。2.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。1.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(huì)發(fā)生，路易斯酸便屬于這種類型。從本質(zhì)上來講，潛伏型同化劑也屬于
6、加成型同化劑。稀釋劑環(huán)氧樹脂的粘度直接影響填料的最人添加含量，同時(shí)粘度過人導(dǎo)熱膠流動(dòng)性變差降低與粘合界面的接觸面積增加了接觸熱阻。為了獲得低粘度的導(dǎo)熱膠，通常情況下會(huì)加入一定量的溶劑。稀釋劑可分為反應(yīng)型溶劑和非反應(yīng)型溶劑。人們期望得到反應(yīng)型溶劑，因?yàn)樯谢笕軇┎粫?huì)揮發(fā)，從而降低了氣孔率。此外，長鏈的脂肪怪反應(yīng)型溶劑固化后還可以提高環(huán)氧樹脂的柔韌性。揮發(fā)性的溶劑也可以降低環(huán)氧樹脂的粘度，但是人多數(shù)溶劑因其高揮發(fā)性，而禁止使用。常用的反應(yīng)型溶劑有苯基縮水甘油碰、丁基縮水甘油曬和烯內(nèi)?基縮水甘油碰等。性能環(huán)氧樹脂因其優(yōu)杲的綜合性能在電子封裝材料屮得到廣泛的應(yīng)用，如高的粘合強(qiáng)度、優(yōu)良的
7、電絕緣性能、易固化操作方便和低成本等。但由于環(huán)氧樹脂屮存在極性結(jié)構(gòu)以及由于雜質(zhì)C1的引入而存在一定的吸水性。環(huán)氧樹脂基體的熱導(dǎo)率一般在O.I-O.2W/mK,熱膨脹系數(shù)為25-50ppm/K,熱穩(wěn)定性一般在300°C左右。填料樹脂基體的熱導(dǎo)率較低，為了提高導(dǎo)熱膠的熱導(dǎo)率通常加入導(dǎo)熱填料。常用的導(dǎo)熱填料有金屬、高導(dǎo)熱陶瓷顆粒等。如銀、銅、AIN、BN、SiC、Si3N4、金剛石粉末等。值得指出的是導(dǎo)熱填料的顆粒尺寸、形狀、含量以及表面處理狀態(tài)都會(huì)影響最終導(dǎo)熱膠的熱導(dǎo)率。填料的選擇應(yīng)
