氮化硼用于热管理

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。

TIM-2 层是散热器和散热片之间的中间层,有助于高效传热,将热量传递至周围环境中。

TIM-1 层是芯片和散热器之间的接口。 它在将热量从芯片传递到扩展器、确保有效散热方面起着至关重要的作用。

印刷电路板(PCB)的核心功能是作为一个平台,为电子设备内的电力和信号流动提供通道和路径。 这些通路将电阻器、电容器、晶体管和集成电路等各种元件连接起来,使它们能够相互通信并同步工作。

芯片贴装对于芯片与基底之间建立连接起着至关重要的作用。 它可确保设备内信号的正常传输和功率分配。 此外,它还能促进芯片有效散热,防止过热并保持最佳性能。

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