高顺向石墨烯基热界面材料制备及性能研究

发布时间：2021-01-01 00:26

　　随着电子科技的迅速发展,电子器件的功率和集成度日益提高,器件的特征尺寸不断减少。在电子设备中,绝大部分功率损耗转化为热的形式,元器件的耗散生热会直接导致电子设备温度的升高和热应力的增加,对微电子设备的工作可靠性造成严重威胁,热失效已经成为电子封装中最主要的失效方式之一。在电子器件中,由于热沉与热源表面有一定的粗糙度,直接接合存在大量孔洞,严重阻碍热量的传导。电子封装行业解决界面热传导问题的方法是采用一种易形变的材料填充于热源与热沉界面间充当热传递的桥梁。这种材料被称为热界面材料。聚合物由于热导率很低作为热界面材料时无法保证良好的散热效果。石墨烯作为一种目前已知热导率最高的材料,拥有3,500-5,300 W/（mK）热导率,作为填料添加进入聚合物中,制备成石墨烯/聚合物热界面材料,可有效提高其导热性能。本论文中以石墨烯为导热填料,预先制备成三维石墨烯泡沫,然后封灌聚合物的方法,成功制备出两种具有超高热导率的热界面材料,并对其进行一系列表征测试。具体研究内容包括:（1）利用聚氨酯薄膜为模板,通过“双组装法”制备出大尺寸密度可控的三维石墨烯泡沫,进而制备出三维石墨烯/环氧树脂复合热界面材料... 

【文章来源】：上海大学上海市 211工程院校

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

（a）典型的球栅阵列电子封装示意图，其中TIM桥接加热器和散热器

士学位论文际工作状态下，具有高导热性和良好导热性的热界面材料填避免的气隙，有效的降低了界面热阻抗，但是传统的热界面热材料（例如氮化硼、氧化铝等陶瓷材料）的聚合物基质组5 W/(m K) (50-70 wt%的填料负载)的热导率。但是随着电子科技的功率和集成度日益提高，半导体封装由二维升级至三维封，传统的热界面材料已经难以满足由此带来的散热需求。近年料的迅猛发展与产业化逐渐普及，高热导率的碳基填料(如碳石墨烯等)成为开发新型热界面材料的主流方向。

热填料。碳纳米管是由碳原子 sp杂化形成层状中空结构，直径一米到几十纳米，其长径比一般大于 1000：1，其结构与石墨片层相同有良好的导电导热性能，其中单壁碳纳米管热导率可达 3000 W/(m K由于碳纳米管具有较高的长径比，因此极容易团结，难以分散，一定制了其在热界面材料中的使用[31-34]。跨越基板之间的整个间隙的垂CNT 阵列将消除所有内部界面，并且可能是在 TIM 应用中利用 CN能的实用方法[35]。 CNT 阵列 TIM 的不同可能配置如图 1.3 所示。石层碳原子结构的二维材料，可以被认为是形成所有 sp2 杂化碳材料的其结构非常稳定，使得石墨烯称为世界上已知热导率最高的材料[36,3内导热系数高达 3,500-5,300 W/(m K)，超高的本征热导率成为提高聚性能的极佳材料，而其片状结构为热通过声子传递提供了巨大的通道界面热阻，同时还能强化聚合物力学性能。目前越来越多的研究者将通过高导热碳基填料制备高性能热界面材料上。


本文编号：2950588