热界面材料文献综述

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1、(a)图1Rtim学Sc"Rc2公式(1)热界面材料研究进展郑连杰1前言随着电了电了器件集成密度和功率密度不断增加，尤其是近年來大功率LED的兴起，屯子器件对散热性能的要求也越来越高，而目前热界面材料与其他电子器件相比热导率相差几个数量级，因此热界面材料已成为提高电子产品散热性能的瓶颈之一。一文献对近年来热界面材料的研究进展做了非常详尽的综述。但这些文献主要集屮在热界而材料的分类、应用、优缺点以及导热性能的描述。本文将在近期综述文献的基础上重点介绍各类热界面材料的主要组成成份。在介绍热界面材料组成以及性能之前，首先简m了解关于热界面材料导热的基木理论。(b)实际接触平面微观示意

2、图(b)理想的热界面材料示意图当两个平面相互接触吋如图1(a)所示，由于材料表面存在微观粗糙度,接触表面存在空隙。空隙的存在使得界面处热阻增大。因此粘结接头的热阻主要包括体热阻和界面热阻两部分图1(b)o热界而材料的热阻可表示为:TIMBLT：键合区厚度KTim：热界面材料体热导率Rci，RC2：接触界面热阻公式(1)说明热界面材料的热阻不仅决定于其休热导率，还与BET和界面接触(a)图1Rtim学Sc"Rc2公式(1)热界面材料研究进展郑连杰1前言随着电了电了器件集成密度和功率密度不断增加，尤其是近年來大功率LED的兴起，屯子器件对散热性能的要求也越来越高，而目前热界面材料与

3、其他电子器件相比热导率相差几个数量级，因此热界面材料已成为提高电子产品散热性能的瓶颈之一。一文献对近年来热界面材料的研究进展做了非常详尽的综述。但这些文献主要集屮在热界而材料的分类、应用、优缺点以及导热性能的描述。本文将在近期综述文献的基础上重点介绍各类热界面材料的主要组成成份。在介绍热界面材料组成以及性能之前，首先简m了解关于热界面材料导热的基木理论。(b)实际接触平面微观示意图(b)理想的热界面材料示意图当两个平面相互接触吋如图1(a)所示，由于材料表面存在微观粗糙度,接触表面存在空隙。空隙的存在使得界面处热阻增大。因此粘结接头的热阻主要包括体热阻和界面热阻两部分图1(b)

4、o热界而材料的热阻可表示为:TIMBLT：键合区厚度KTim：热界面材料体热导率Rci，RC2：接触界面热阻公式(1)说明热界面材料的热阻不仅决定于其休热导率，还与BET和界面接触热阻冇关。对比不同材料导热性能的优劣除了常见的热导率w/mKZ外人们述经常使用界面热阻Kcni'/W。很多热界面材料要在一定的压力下使用，因此不同材料因其流变学特性而具有不同的BLTo热界而材料的粘度、填料粒子的尺寸形状以及含量对BLT有直接影响，而材料和粘合界面的亲和性能以及对表面凹凸的填充能力直接决定着的犬小。因此对•于热界面材料的设计者而言，为了获得具有低热阻的界面材料，应全面考虑这些因素。2热

5、界面材料的分类与特性热界面材料在电子工业中有着很长的应用历史，主要组成为基体材料和高导热填料。热界而材料的分类方法多种多样。按导电类型可分为导电型和绝缘型。按成分又可分为有机、无机和金属型。按组成可分为单组份和双组分等。按照热界面材料的历史发展和特点口J分为：导热胶(thermalconductiveadhesives)导热油脂(thermalgrease)>相变导热材料(phasechangematerials,PCMs)>导热带(thermaltapes)>弹性导热垫(elastomericpads)导热凝胶(thermalgel)以及金属钎料(metalicsolders

6、)等。2.1导热胶(thermalconductiveadhesives)导热胶是发展较早的产品，其主要组成是树脂基体、导热填料、稀释性溶剂或者是反应型稀释剂、固化剂和添加剂。用于电子胶黏剂的树脂基体主要包括：环氧树脂、聚酰亚胺、有机硅胶、聚氨酯、丙烯酸酯和氧酸酯等。环氧树脂环氧树脂广泛的应用于电子组装以及封装胶黏剂屮，环氧树脂得名于结构上的环氧基，其中最常用的环氧树脂有双酚・A型、双酚・F型。固化剂环氧树脂可以和多种固化剂发生固化反应，一般來讲凡是能够提供活化氢的物质都口J以和环氧基发生交联反应，按反应类型的不同固化剂可分为均聚型、加成型和潜伏型。1.均聚型所谓均聚型是指同化

7、过程屮同化剂不参与反应，而是环氧树脂同种分子Z间发生聚合反应，即固化剂只起到催化作用。1.加成型固化过程屮固化剂和环氧基反应，这样的固化剂有胺类以及酸酹类固化剂。2.潜伏型固化剂对于常见的胺类固化剂与环氧树脂反应温度低速度快，因此配置的单组份胶黏剂应低温保存，而双组分胶操作性差。潜伏型固化剂在常温下不能提供固化反应所需的活化氢，当温度升高之后交联反应才会发生，路易斯酸便属于这种类型。从本质上来讲，潜伏型固化剂也属于加成型固化剂。稀释剂环氧树脂的粘度直接影响填料的最大添加含量，同时粘度过大导热