热流的收缩,进而产生了接触热阻( TCR )。分析发现,接触热阻受到接触材料、压力、温度、
表面状态等众多因素影响的。 20 世纪 80 年代以来,由于电子芯片技术的日益成熟,由此引发电子元器件散热功率的
不断扩大。随着其内部功能不断完善更新,其内部的散热冷却问题也逐渐受到人们的重视。
微软公司早在21世纪初就对外宣称,电脑内部芯片散热问题己经越来越影响到整体芯片的功
能[2]
。研究表明绝大多数的芯片散热主要先是通过接触导热传出,但是受内部工作环境等方面
因素的限制,增强接触界面的换热却很难。
电子元器件和电子芯片的功能与设备内部的实际运行温度密不可分,由于其集成度的不
断提高,通过电子芯片的热流密度亦不断增加,部分甚至己经达到100W/cm2
,而且热流密度
有不断增加的趋势。这就需要使电子芯片能够经受更高的温度和不断增加的热交换率,才能
更好的使设备正常工作,为解决这方面的问题就需要更好的研究分析接触热阻问题。随着电
子芯片不断向微型化发展,集成度亦不断增加,就使得内部芯片单位面积的散热量大幅度上
升,若处理不当,很容易造成芯片的损坏。研究表明,目前造成绝大多数电子芯片的损坏的
原因多是由于其承担过高的温度,电子芯片的工作温度每上升5℃ ,损坏的可能性就会提高
0.5倍[3]
。在大部分的电子设备散热问题上,热量的传递必然要经过各种界面,这时由于界面
之间接触热阻的存在,对其散热会产生很大的阻碍,接触热阻越大,就会使界面之间的温差
过大。所以在进行整体热设计的时候,接触热阻是一个必须要考虑的因素,其存在会使热流通道上的温差增高,甚至在某些极端情况下,接触热阻能够很大程度左右电子元器件的功能
和寿命。
通过在两个接触界面间添加导热介质,使界面间隙被导热介质填满而没有空气,用来达
到减小的界面接触热阻,增大界面接触面积。这类导热材料被称为热界面材料(Thermal
interface materials,简称TIM) 。当热界面材料填充到接触表面之间, 接触热阻将由两部分组成:
(1)由热界面材料自身导热系数与厚度组成的容积热阻; (2)由热界面材料与粗糙表面所组
成的边界热阻。因此,为了提高导热系数,降低热阻,可以尽可能的减小热界面材料的厚度,
同时提高热界面材料的导热系数,但是否能够同时提高导热系数与减小边界热阻需要实验的
进一步验证。主要是由于边界热阻的影响因素过于复杂。这些因素包括了热界面材料的导热
系数、粘度、浸润性和流动性,还包括了固体材料的表面粗糙度、负荷压力、硬度等原因。
1.1 国内外研究现状
随着科学技术的发展,许多特殊场合要求热界面材料具有如加工简单、质量轻、电绝缘
性优异、耐腐蚀性强、抗冲击性能强等优良的综合性能。而以往的热界面材料如金属、金属
氧化物或者非金属材料等却不完全具备这样的优良性能,具有导热和绝缘性能的聚合物复合
材料因其综合性能的优异,并且同时能够满足机械工程、 电子信息、化工等领域的特殊要求,
使越来越多的国内外学者对其进行研究与开发。在导热绝缘聚合物中添加导热材料,是目前
聚合物复合材料广泛应用的一种形式,如具有导热性能的硅脂、膏体、垫片等材料,它们都
是把具有高导热性能的材料掺杂到硅树脂、矿物油、环氧树脂等低导热系数的基体材料中,
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