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      石墨烯在電子產品熱界面材料中的研究進展- 蘇州富日智能裝備有限公司
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      石墨烯在電子產品熱界面材料中的研究進展

      2022-08-25
      16次

      1 引言
        電子產品的散熱問題是長久以來制約電子器件性能的重要因素之一。已有研究者指出,電子產品的工作溫度每上升2 ℃,其可靠性將會下降約10%。溫度升高50℃時,元器件的壽命只有溫度升高25℃時的1/6。芯片散熱問題限制了芯片技術的進一步發展。電子產品散熱有主動與被動散熱兩種,主動散熱是通過優化芯片設計、降低功耗等實現減少熱量產生。
        

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       2 熱界面材料簡述

        熱界面材料又稱為導熱界面材料,是一種普遍應用于IC封裝和電子散熱的材料。主要用于填補兩種材料接合或接觸時產生的微空隙及表面凹凸不平的孔洞,減少接觸熱阻,提高器件散熱性能。熱界面材料主要分 為無機材料中的納米結構網狀材料、二維層狀材料、塊狀晶體材料,部分有機材料(硅脂)以及復合材料。

      3 石墨烯制備成復合材料在熱界面材料中的應用研究
      在有機-無機復合材料中,石墨烯復合材料以其優異的熱性能成為該研究領域的熱點之一。作為一種二維碳納米材料,石墨烯具有很高的電子遷移率(15000~52700cm2·V?1·s?1)和熱導率(3080~5150W·m?1 ·K?1 )??蔀榫酆衔锘w中的聲子的傳熱構建優良的熱傳導通道,有效提高聚合物基石墨烯復合材料的熱導率。

      4 石墨烯薄膜本身應用于導熱材料
      經過十多年的研究,石墨烯的制備方法取得了長足的進步,主要方法有化學氣相沉積法(CVD)、氧化還原法、碳化硅外延法、機械剝離法。其中,CVD法是大規??煽刂苽涓哔|量石墨烯薄膜最有前景的方法。在高溫(1000~1070℃)條件下,在金屬基板上長時間制備可通過熱CVD法獲得的高質量石墨烯薄膜。研究人 員在開發石墨烯薄膜應用技術時,需要將石墨烯薄膜轉移到目標基板上,但這會引入二次缺陷(污染、裂紋 等),降低石墨烯薄膜的性能,增加工藝時間。因其復雜性,不利于下游石墨烯薄膜的大規模應用。此外, 石墨烯薄膜的高溫制備與器件的制備工藝匹配性較差,因此,將石墨烯薄膜本身應用于導熱材料時,低溫、 快速、原位沉積石墨烯薄膜是發展趨勢。Cao等采用原位生長法制備了金剛石/石墨烯/銅復合材料,研究發現,石墨烯在銅顆粒表面的原位生長促使兩者間形成牢固的共價鍵合,改善了金剛石和銅界面的潤濕性,使該復合材料的界面熱導率提高3.7倍,熱導率較沒有石墨烯夾層的復合材料提高了61.0%(572.9W·m-1·K-1) 。

      5 結論

      從目前研究進展來看,雖然石墨烯薄膜本身的制備技術已經非常成熟,石墨烯材料應用于熱界面材料增強散熱性能的研究正在成為熱點,應用石墨烯復合材料,有望大幅增強電子產品的散熱性能,對產品的性能帶來巨大的提升。石墨烯應用于熱界面材料時,有兩種應用方向,一種是石墨烯融入其它有機材料制備成復合材料,作為熱界面材料使用;一種是直接在需要填充熱界面材料的位置原位生長石墨烯薄膜,直接利用石墨烯薄膜作為熱界面材料。第二種方法應用條件苛刻,受限制較多。第一種方法,目前也是主要處于研究的階段,雖然實驗室研究的某些導熱性能結果比較可觀,但目前沒有見到商用化的石墨烯基熱界面材料,沒有做出實物器件級別的結果。因此,將石墨烯應用于目前相關型號電子產品的研發雖然以替代正在應用的導熱墊或者硅脂熱界面材料有很大的發展空間,尚需進一步工業化應用。

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