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研究 \\ 未固化石墨烯热界面材料的接触热阻最小化

发布时间:2021-7-2 10:01:21      阅读1123

  温度的升高会导致电子器件的故障率呈指数级增长。热界面材料(TIM)应用于产生热量的器件和散热器之间,是热管理系统的重要组成部分。没有应用热界面材料的情况下,两个表面(金属或半导体)接触时,只有不到2%的面积产生有效的热交换,剩余98%的面积被空气占据。空气的热导率很低,因此用具有较大热导率的TIM填充空气间隙是传统热管理的主要策略。开发高效的TIM,为散热路径提供更小的热阻,成为电子工业的一个重要目标。

 

  TIM 应用在热源和散热器表面之间,以填充空气间隙,促进热传递
  大多数关于石墨烯TIM的研究报告,集中在复合材料的热导率以及在某些特定设备中的温升情况。石墨烯TIM与相关表面的接触热阻以及表面粗糙度对TIM性能的影响,未得到充分重视,尤其对于高功率密度的电子产品,表面粗糙度是重要的问题。
  加利福尼亚大学河滨分校的研究人员,在arXiv在线发表了具有不同表面粗糙度的非固化石墨烯热界面材料的接触热阻的实验研究。他们发现材料的接触热阻并非单一的取决于石墨烯含量,在约 15 wt% 的含量下接触热阻达到最小值,而将表面粗糙度增加约 1 μm会导致这种石墨烯含量的TIM的接触热阻增加大约2 倍。
  研究发现,在5μm至35μm的厚度范围内,非固化石墨烯热界面材料层的总热阻与TIM厚度成线性正比关系。微米级TIM厚度下的接触热阻结果表明,石墨烯热界面材料可以满足大功率电子产品的热管理要求,该结论对于用金刚石和其他宽带隙半导体材料来实现大功率电子产品的热管理非常重要。

 

  石墨烯含量为15 wt%和30 wt%时,表面粗糙度与接触热阻的关系
  研究揭示了,热界面材料层的热导率、接触热阻和总热阻依赖于石墨烯含量和表面粗糙度,这表明需要优化TIM中特定材料的含量和热连接表面的粗糙度,以获得最小化的表面接触热阻。
  文章来源:热管理行业观察

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