一種具有優異導熱性的新型熱界面材料

熱設計 2024-04-17

來源：Small methods

原文：https://doi.org/10.1002/smtd.202301788

01 背景介紹

在大功率電子產品中，散熱通常是通過散熱器實現的。芯片和散熱器的剛性可能導致不完全接觸和界面之間形成多個氣隙，阻礙有效的傳熱并潛在地影響微型電路的性能。在裸芯片、電源、大功率放大器等對絕緣要求嚴格的場景中，電氣絕緣是必不可少的。熱界面材料(TIMs)在實現最佳熱管理方面起著至關重要的作用，理想的TIMs需要高的通平面導熱系數和柔軟度。

但是，市售的絕緣TIMs通常存在溫度低或靈活性差的問題，這阻礙了它們滿足不斷升級的散熱需求的能力。復合材料的導熱系數高度依賴于導熱填料的種類、載荷和結構。一般來說，增加材料的填料含量往往會提高其導熱性，但這是以降低柔韌性為代價的。要解決這些挑戰，就必須專注于開發具有高溫度、低壓縮應力和柔軟度的TIMs，同時還要確保電絕緣。這些關鍵屬性的結合將使TIMs能夠滿足各種應用中對高效散熱日益增長的需求。

02 成果掠影

近日，北京大學白樹林團隊針對用于滿足當下電子器件不斷小型化的趨勢引發了的高導熱性又能提供優異電絕緣的材料的開發取得新進展。在這項研究中，我們提出了一種堆疊切割方法來構建垂直取向的h-BN膜(v-BNf)和石墨膜(v-Gf)填充SR復合材料。該方法成功地保留了BN和石墨薄膜的高取向度，從而獲得了前所未有的23.7 W/mK的通平面導熱系數和非常低的4.85 MPa的壓縮模量。此外，復合材料的特殊性能，包括低熱阻和高回彈率，使其成為各種應用的可靠和耐用的選擇。實際測試證明了其出色的散熱性能，顯著降低了計算機冷卻系統中CPU的溫度。這項研究工作揭示了基于BN的TIMs的可能上限，并為其大規模的實際實施鋪平了道路，特別是在下一代電子設備的熱管理方面。研究成果以“A Novel Thermal Interface Material Composed of Vertically Aligned Boron Nitride and Graphite Films for Ultrahigh Through-Plane Thermal Conductivity”為題發表在《Small methods》。

03 圖文導讀