来源 | Advanced Functional Materials

链接 | https://doi.org/10.1002/adfm.202421607

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背景介绍

随着对高度复杂、高功耗的3D堆叠集成电路电子产品的需求急剧增长，热管理技术已成为确保性能和稳定性的关键技术，其中，热界面材料（TIM）扮演了关键角色。TIM不仅需要高热导率，还需要机械稳定性，为了满足这些要求，TIM通常由机械稳定的聚合物基质和导热填料组成。考虑到TIM会暴露在高温和高压条件下，如多维芯片堆叠过程的封装以及与电子设备的直接接触，氮化硼（BN）等陶瓷填料凭借电绝缘性及高热导率成为一种重要选择。BN纳米片是由BN微片剥离而成的纳米级材料，然而，由于其纳米级的尺寸，它们遇到了诸如聚集、分散性差和处理问题等挑战。相比之下，BN微片的较大尺寸在形成更高的渗透概率以形成良好的热传导路径方面具有优势。即使较大尺寸在形成稳定界面以确保更好的机械稳定性方面不太有效，但通过加入微米级图案可以进一步提高机械性能。然而，在实际应用中，垂直或水平单向热导率很难两者兼得。

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成果掠影

近日，韩国成均馆大学Tae-il Kim、Seok Joon Kwon团队通过微模塑技术制备了在聚合物基质中的BN微片组成的机械坚固且双向导热的材料。观察到微图案引起的BN微片组装取向的分叉以及热传导特性的双向性。通过粒子-流体模拟，BN微片的分叉取向通过微图案的几何形状和薄片的单元尺寸进行了优化。实际上，实现了通过两个方向的热导率的显著增强：垂直于平面的方向为6.9 W/mK，平面内的方向为7.4 W/mK。它还表现出灵活性，最小曲率半径约为1毫米，并且能够与各种形态进行共形接触，即使在机械变形的设备结构中也能稳定地确保热流。开发的热界面材料可以应用于3D集成电子产品的高功率、高温和机械可变形应用环境。研究成果以“Bi-Directional Assembly of Boron Nitride µ-Platelets by Micro-Molding for Advanced Thermal Interface Materials”为题发表在《Advanced Functional Materials》期刊。

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图文导读

图1.双向导热BN微片组件的制备。

图2.通过圆柱形凸起中的定向BN微片实现TIM导热性能的增强。

图3.TIM导热性能实验验证。

图4.TIM的柔韧性和机械稳定性。

图5.TIM作为热管理材料的实际应用测试。