サーマルインターフェース材料の研究の進歩

熱界面材料は、主に熱伝導性フィラーとポリマーで構成されています。 熱伝導性フィラーの添加により、ポリマーの熱伝導性が向上すると同時に、ポリマー&＃39;の優れた柔軟性、低コスト、および容易な加工と成形の利点が維持されます。 熱界面材料の熱伝導率は、フィラーの割合に依存します。 フィラーの割合が不十分な場合、分散した個々の粒子が隣接する粒子と接触できず（図5（a））、熱伝導性粒子ネットワークを形成できません。 フィラーの割合が特定のレベル（パーコレーションしきい値）に達すると、連続的な熱ネットワークが形成され始め（図5（b））、ポリマー複合材料の熱伝導率が指数関数的に増加します。

ただし、20 W / mKを超える熱伝導率と0.01Kcm2 / W未満の界面熱抵抗値をどのように準備するかは、依然として大きな課題です。 この困難に応えて、National Key R& D Program-Strategic Advanced Electronic Materials Key Special Projectの資金提供の下、Sun Rong研究員、深セン先端技術研究所、中国科学院、上海Jiaotongが主導大学、南東大学、同済大学、蘇州ナノ、中国科学院技術ナノバイオニクス研究所、寧波材料研究所、中国科学院、上海大学は、高性能熱界面材料の分子設計を実施しました。界面熱抵抗のマイクロナノスケール測定、および高性能熱界面材料を開発するための界面での音響-電子結合メカニズムの計算とシミュレーション。 これに基づいて、準備されたサーマルインターフェース材料は、高電力密度の電子デバイスに適用され、高電力密度の電子デバイスにおけるその典型的なアプリケーションが検証されます。

セラミックはまた、高い熱伝導率と優れた電気絶縁性を備えており、電気絶縁が必要な領域に特に適しています。 報告されているセラミックフィラーの中で、窒化ホウ素（BN）は非常に高い熱伝導率を持ち、熱管理アプリケーションで最も魅力的な研究対象になりつつあります。 2017年、Zhang etal。 吸引ろ過によりh-BN膜を適時に調製し、水溶性ポリマーのポリビニルアルコールをh-BNに浸透させて、h-BN /ポリビニルアルコール複合材料を形成しました。 準備プロセスを図6（a）に示します。 h-BNの含有量が27vol％の場合、面内および面外の最大熱伝導率は、それぞれ8.44 W / m・Kおよび1.63 W / m・Kに達する可能性があります（図6（b））。 さらに、Yu etal。 真空ホットプレスを使用してh-BN /熱可塑性ポリウレタン複合材料を調製しました。 h-BN含有量が95wt％の場合、複合材料の面内熱伝導率は50.3 W / m・Kと高く、これはFuらによって報告された結果と一致しています。

金属は、電子を熱媒体として使用するため、固有の熱伝導率が高く、熱界面材料に一般的に使用される熱伝導性フィラーになっています。 たとえば、Xu etal。 電着法を使用して、高度に配向したAg熱伝導ネットワークを作成しました。 それによって調製された熱界面材料は、30.3 W / m・Kの熱伝導率を持っており、これは、ランダム分散法によって調製されたポリマー複合材料（1.4 W / m・K）よりもはるかに高いです。 王ら。 同じフィラー含有量（0.9 wt％）の下で、銅ナノワイヤーは銀ナノワイヤーよりもポリマーの熱伝導率を改善する能力が高いことがわかりました。 さらに、金属とポリマーの間の界面熱抵抗をどのように減らすかが非常に重要です。 金属表面の有機分子または無機フィラーの修飾を改善すると、金属とポリマーの間の相互作用力が増加し、金属とポリマーの間の界面が減少する可能性があります。 熱抵抗、ポリマー複合材料の熱伝導率を向上させます。 さらに、チョン等。 最近、高い熱伝導率、弾性、伸縮性を備えた熱弾性体を作成するために、PDMSマトリックスに液体金属フィラーの概念が導入されました。 金属ベースの熱界面材料のもう1つの重要な研究の方向性、つまり連続金属ベースの熱界面材料があります。 たとえば、Sn-Ag-Cuベースの合金またはSn-Biは、電子パッケージの標準的な鉛フリーはんだとして使用でき、熱界面材料としてよく使用されます。 その利点は、高い熱伝導率、低い界面熱抵抗、高い信頼性、および低コストです。 液体金属は、近年注目を集めている熱界面材料です。 その主成分は金属ガリウム（Ga）とその合金です。 融点が低く、切りくずとの濡れ性が良く、界面の熱抵抗が低いという利点があります。 ただし、オーバーフローを防ぐ方法は、液体金属ベースの熱界面材料にとって最大の問題であり、課題です。