熱界面材料熱阻模型和導熱強化研究.pdf

1、為消除電子器件內(nèi)固體接觸界面的接觸熱阻，通常在界面間填充熱界面材料(TIM)。填充后，界面處仍然形成了固-TIM-固三層結構，產(chǎn)生較大的熱阻Rj。Rj包括兩部分：TIM體熱阻Rbulk和TIM-固接觸熱阻Rc。因此，影響Rj的因素有：TIM熱導率(kTIM)，TIM厚度(BLT)和Rc。目前，工業(yè)中為提高kTIM，在TIM中填充新型的導熱顆粒，然而簡單的填充方法無法充分利用新型顆粒的形狀和導熱特性，導致kTIM提升不明顯。另外，工業(yè)中需

2、準確預估體熱阻Rbulk和接觸熱阻Rc值，但是，目前缺乏BLT和Rc的預測模型或測試手段。針對上述總結的問題，本文展開了如下研究工作：
　　TIM屬于復合材料，詳細研究了經(jīng)典復合材料熱傳導模型，包括Maxwell-Garnett(M-G)模型，Bruggeman非對稱(BA)模型，平均介質近似(EMA)模型和有限差分(FD)模型。理論研究表明，顆粒的微結構(排布和分布)和顆粒/母體間界面熱導(Gint)是影響復合材料導熱性的關鍵因

3、素?；诖?，本文提出了幾種TIM制備工藝，通過調控微結構或界面熱導，提升TIM導熱性。
　　為使TIM中形成理想微結構，借助磁響應填充顆粒，通過特定的磁場控制顆粒在TIM中成型。磁響應顆粒的制備方法是：以六方氮化硼(h-BN)為導熱顆粒，將順磁性納米四氧化三鐵(Fe3O4)顆粒通過靜電力法附著在h-BN表面，得到具有磁性的h-BN@Fe3O4復合顆粒。接著，通過磁場控制h-BN@Fe3O4在TIM中的排布方向或者位置。由此制得的T

4、IM展現(xiàn)出良好的導熱性。
　　為增大顆粒/母體界面熱導Gint，借助自組裝分子膜(SAM)對界面進行改性。對于銅/樹脂界面，采用的SAM為巰基-十一胺鹽酸鹽，SAM一端的巰基和銅形成硫-銅共價鍵，另一端的氨基能打開環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基團形成共價鍵。改性后，Gint增大11倍。
　　基于圖像測距原理，搭建了一個非接觸式測長系統(tǒng)，用于測量BLT。測試精度控制在±3.5μm左右。建立了一個Rc預測模型。為驗證模型，搭建了一個熱界面測試