热界面材料文献综述.doc

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1、热界面材料研究进展郑连杰1刖a随着电子电子器件集成密度和功率密度不断增加，尤其是近年来大功率LED的兴起，屯子器件对散热性能的要求也越来越高，而口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。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面材料的分类、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而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，首先简单了解关于热界面材料导热的基木理论。图1(a)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

2、互接触时如图1(")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)。热界面材料的热阻可表示为：Rtim公式(1)TIMBUT：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体热导率，还与BUT和界面接触热阻有关。对比不同材料导热性能的优劣除了常见的热导率w/mKZ外人们还经常使用界面热阻Kcm2/Wo很多热界面材料要在一定的床力下使用，因此不同材料因其流变学特性血具有不同的BLT。热界而材料的粘度、填料粒子的尺寸形状以及含量对

3、BLT有直接影响，而材料和粘合界而的亲和性能以及对表而凹凸的填充能力直接决定着&■的大小。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而材料，应全而考虑这些因素。2热界面材料的分类与特性热界面材料在电子工业屮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。按照热界血材料的历史发展和特点可分为：导热胶(thenriQlconductiveadhesives导热油脂(thermalgrease)、相变导热材料(phasechangemateria

4、ls,PCMs)>导热带(thermaltapes)>弹性导热垫(elastomericpads)导热凝胶(thermalgel)以及金属钎料(metalicsolders)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、内烯酸酯和氧酸酯等。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，其屮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

5、以和多种固化剂发生固化反应，-般來讲凡是能够提供活化氢的物质都可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固化过程屮固化剂不参与反应，而是环氧树脂同种分子乙间发生聚合反应，即固化剂只起到催化作用。2.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。1.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，潜伏型同化剂也属于

6、加成型同化剂。稀释剂环氧树脂的粘度直接影响填料的最人添加含量，同时粘度过人导热胶流动性变差降低与粘合界面的接触面积增加了接触热阻。为了获得低粘度的导热胶，通常情况下会加入一定量的溶剂。稀释剂可分为反应型溶剂和非反应型溶剂。人们期望得到反应型溶剂，因为尚化之后溶剂不会挥发，从而降低了气孔率。此外，长链的脂肪怪反应型溶剂固化后还可以提高环氧树脂的柔韧性。挥发性的溶剂也可以降低环氧树脂的粘度，但是人多数溶剂因其高挥发性，而禁止使用。常用的反应型溶剂有苯基缩水甘油碰、丁基缩水甘油曬和烯内•基缩水甘油碰等。性能环氧树脂因其优杲的综合性能在电子封装材料屮得到广泛的应用，如高的粘合强度、优良的

7、电绝缘性能、易固化操作方便和低成本等。但由于环氧树脂屮存在极性结构以及由于杂质C1的引入而存在一定的吸水性。环氧树脂基体的热导率一般在O.I-O.2W/mK,热膨胀系数为25-50ppm/K,热稳定性一般在300°C左右。填料树脂基体的热导率较低，为了提高导热胶的热导率通常加入导热填料。常用的导热填料有金属、高导热陶瓷颗粒等。如银、铜、AIN、BN、SiC、Si3N4、金刚石粉末等。值得指出的是导热填料的颗粒尺寸、形状、含量以及表面处理状态都会影响最终导热胶的热导率。填料的选择应