散热面临的挑战
发热是影响电子元件和组件发展的主要因素之一。 它不仅会缩短产品的使用寿命,还会降低其可靠性。 而随着设计和制造人员研发生产出更小、更快的组件,散热的需求甚于以往,挑战也越来越多。
六方氮化硼(BN)导热填料可用于解决这些问题。 当混合进各种聚合物材料中使用时,BN 的散热能力有助于延长电子元件和组件的使用寿命并提高其可靠性。
作为填料使用时,BN 的导热性能优于常用的熔融石英、氧化铝和氮化铝。 部分BN 复合材料的导热系数高达 15 W/(m⋅K)。
BN 填料还能在其他方面满足当今电子制造业的需求。 它们是极好的电绝缘体,介电常数为 3.9, 可满足电动汽车和 5G 通信领域的热管理设计需求。 BN 填料轻柔、润滑、易于加工,在高填充量时可具备良好的流动性能。 其化学惰性高,兼具防潮和高体积电阻率(1015 Ω·cm 以上)的特性。
导热界面材料应用的解决方案
市场上存在多种材料应用方案,但各有利弊。 以下是一些常见的选择:
粘合剂
粘合剂型 TIM 具有出色的机械稳定性,可用于将元件牢固地粘合在一起。 它们具有良好的导热性,但可再加工性、易于应用方面有局限性。
膏状涂料
导热膏具有高导热性且易于使用,因此被广泛使用。 它们可填补接触面之间的微小缝隙,提高热传导效率。 不过长期使用会变干,可能需要定期重新涂抹。
凝胶
导热凝胶具有良好的保形性,能有效填充较大的缝隙。 它们具有适度的导热性,但粘度较高,因此更适用于对间隙填充要求较高的特定应用。
相变材料(PCM)
PCM 在温度变化时会发生相变,从而吸收或释放大量能量。 这种特性使其非常适合于温度条件变化的应用场合;然而相对较低的热导率会限制其在大功率应用中的使用。
垫片
导热垫片是由硅胶或石墨等材料制成的预成型薄片。 易于安装和可重复使用,适用于需要经常维护或更换部件的应用场合。 但与其他 TIM 选件相比,其热导率可能偏低。
芯片设备中的导热界面材料
在芯片设备领域,有效的热量管理对于实现最佳性能和可靠性至关重要。 图 1 展示了附有散热器和散热片的倒装芯片设备的分解图,凸显了导热界面材料 (TIM) 在这种设置中的重要性。