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电子系统散热挑战日益艰巨 石墨烯有解决妙招

来源: 本站 |发布日期: 2018-05-10 | 浏览次数:
关键词: 电子系统散热挑战日益艰巨 石墨烯有解决妙招

  石墨烯具备优异的导热性,同时也拥有高导电性。不过,透过浆料配方的调整,可在相近的散热性能下,将石墨烯散热涂料的绝缘性拉升到1010欧姆以上,如此即可以单一绝缘散热层取代两层结构,不仅节省成本也完全避免短路问题。


  在散热效能上,绝缘散热贴片的散热表现测试方式是用7W功率驱动固定于3*3cm2铝片的电热片,铝片背面则贴上散热片,电热片使铝片发热后以铝片作为热源,等待约15分钟温度达平衡后比较热源温度的降温表现。石墨烯绝缘散热贴片的散热效果优于一般商用散热片。石墨烯散热涂料产品,在散热效能上具有良好的表现,并将调制成各式型态后可以满足各种产品的散热需求。


石墨烯热界面材料

  电子元件最常使用的散热方式是使用有具高导热性的散热鳍片与晶片贴合,并将由晶片散发的热量经由热对流或热辐射的形式释放至大气环境,而热的传递通常会先经由热材料再传至散热鳍片,其中热界面材料(Thermal Interface Material, TIM)主要用来贴合热源与散热鳍片并填补两者之间的缝隙。


  两个同质或异质固体材料在平面接合处,不管使用多大的压力或研磨多平整,都不可能完全紧密接合,因为中间细微的不平整与起伏,都会造成接面仅有部分接触,其中的孔隙或孔洞存在有空气,而空气是极差的热传介质,在室温下热导值仅0.0242W/m?K,因此热传导途径将被空气阻碍,整体的导热瓶颈将被限制在接面处。热界面材料利用其本质的流动性或遇热软化甚至相变化特性,可充分填满两个接触面的孔洞或凹凸起伏,形成连续的低热阻散热途径,热量传导到低温环境使电子元件的工作温度下降。


热界面材料分类

  热界面材料从应用面来看,第一阶层构装用于裸晶片与封盖元件之间的热界面材料称为第一阶层热界面材料(TIM1),因为与发热量大的处理器晶片直接接触,TIM1必需具备低热阻与高导热的特性,热膨胀系数也必须与晶片匹配,因此胶体类的TIM较为适合。用于构装晶片外与散热器之间于第二阶层构装用热界面材料称为第二阶层热界面材料(TIM2)。TIM2的要求较TIM1低,使用导热膏或导热片作为TIM材料配合散热鳍片进行散热较为常见。


  一般热界面材料依形态可分为固态、胶态与相变化材料。固态热介面材料有导热垫片、导热填缝材、导热胶带及石墨片;胶态的有导热膏、接着固化型的导热胶或灌封胶。


  通常而言,导热膏是以高分子为基底搭配陶瓷或金属填充粒子组成,其中矽氧树脂由于具有良好的热稳定性、润湿性和低弹性系数,是最普遍使用的高分子基材,而陶瓷填充粒子常用的是氧化铝、氮化硼、氧化锌和氧化矽等,银与铝则是较常见使用的金属填充粒子。当高分子基材与填充粒子充分混合后形成膏状,使用时将导热膏适量涂抹在接触面后,加压使散热膏溢流进孔洞并排出空气达到散热效果。


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