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大连义邦氮化硼纳米管散热涂层可取代TIMs,成为新一代芯片热界面材料

发布时间:2024-05-10
随着电子设备越来越复杂化,热量的传导路径一般都会变长,热量从发热器件传导至散热器不可避免地会经过各种界面,并在界面上产生接触热阻。

热界面材料处的热阻最大,同时较高的接触热阻也会导致电子设备温度升高,影响其使用寿命及可靠性。因此,热界面材料(Thermal Interface Materials,TIMs)对于电子设备散热来说是极为重要的。



热界面材料示意图,图片来自网络

目前市场上可以找到多种TIMs,形其物理式包括黏性脂、软性固体、凝胶体等。在对器件进行热界面材料设计时,需要考虑热界面材料的压缩率和导热性能,器件高度和最大允用压强等因素。   

功率器件的核心组件就是芯片,假设在芯片制作之初,就将散热功能置于芯片本身,不仅会简化后续的增加热界面材料的过程,也会因为TIMs的厚度变薄,与晶圆贴合度更好,进而使功率器件的体积进一步缩小,满足电子产品不断微型化、复杂化的趋势。

 


一种新的TIM填料

新一代基于聚合物的TIM使用氮化硼纳米 (BNNT) 填料来增强导热性。BNNT是六方氮化硼 (h-BN) 的三维结晶形式,也称为白色石墨烯。BNNT的厚度从一个到几个原子层不等。它具有与其全碳模拟石墨烯相似的几何形状,但具有一些非常不同的特性。例如,石墨烯具有高导电性,而BN纳米是电绝缘体。

 


BNNano氮化硼纳米管可作为填料用于新一代TIM,图片来自网络

 
大连义邦引入的BNNano氮化硼纳米管(BNNT),有着2400w/m.k的导热率,超强的机械性能,同时在空气中的热稳定性高达900摄氏度。将氮化硼纳米管粉末与水溶性的化学物质混合在一起,涂覆于晶圆片的背面,不仅实现了比普通TIMs更好的散热效果,并且具有比TIMs具有更好贴合度。使芯片产生的热量更迅速的散发出去,从而达到快速散热的功能。

此外,因氮化硼纳米管散热涂层比传统TIMs材料厚度更薄,从而也使电子器件的体积更小,满足电子器件微型化的特点,且因其超高的导热率和耐高温性,也使器件能在高压、高功率和高温下运行,可以达到迅速散热的功效。另外,氮化硼纳米管具有的超强机械性能,也满足了器件使用压强的要求。

大连义邦BNNano氮化硼纳米管

芯片产生的热量通过热界面材料散发后,还需要通过封装层和散热器散发出去,这些包裹芯片的材料多为聚合物,原因是聚合物具有优异的机械性能,能够很好的保护芯片,但是它们的导热性能非常差,聚合物材料本体固有导热率较低,约为0.2Wm-1K-1,当把氮化硼纳米管加入到聚合物中,会提升聚合物导热性能10倍以上。

综上,氮化硼纳米管因为其超高的导热性能、耐高温性和机械性能,更加适合在高温、高压和高功率的航空航天领域电子产品的应用。
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