Монокристаллический фильтр из нитрида алюминия (AlN) 1 мкм

Поскольку электронные продукты и их компоненты продолжают развиваться в сторону миниатюризации и высокой интеграции, рассеивание тепла стало ключевой проблемой для развития электронных технологий. В этом контексте беспрецедентное внимание уделяется термоинтерфейсным материалам и другим теплопроводящим композиционным материалам. Эти материалы обычно состоят из органических веществ и теплопроводящих наполнителей. Поскольку органические материалы обычно обладают низкой теплопроводностью, обычно менее 5 Вт/м·К, теплопроводность теплопроводных композитов в основном зависит от выбора проводящих наполнителей.

Наиболее широко используемые на рынке проводящие наполнители — это оксиды, такие как Al2O3. Однако теплопроводность самого оксида алюминия составляет всего 38~42 Вт/м·К, что ограничивает возможность изготовления теплопроводных композитов, которые могут удовлетворить будущие потребности рынка теплоотводящих материалов.

По сравнению с оксидами типа Al2O3 AlN (нитрид алюминия) демонстрирует очевидные преимущества. Его теоретическая теплопроводность достигает 320 Вт/м·К, что намного превышает аналогичный показатель Al2O3. Кроме того, AlN также имеет небольшой коэффициент теплового расширения, отличные изоляционные свойства, низкую диэлектрическую проницаемость и коэффициент теплового расширения, соответствующий кремнию. По этим причинам использование порошка AlN в качестве сырья для приготовления теплопроводящих композиционных материалов в последние годы стало горячей точкой исследований.

Размер частиц нитрида алюминия существенно влияет на теплопроводность полимерных композитов. В частности, более крупные наполнители из нитрида алюминия имеют меньшую удельную площадь поверхности, что уменьшает площадь межфазного слоя и снижает термоинтерфейсное сопротивление, теоретически улучшая теплопроводность композиционного материала. С другой стороны, меньшие размеры частиц обеспечивают более высокую плотность упаковки, что помогает уменьшить пустоты и, таким образом, улучшить теплопроводность.

Итак, лучше использовать частицы большего или меньшего размера? Фактически, как чрезмерно большие, так и малые размеры частиц вредны для улучшения теплопроводности. Наполнители из крупных частиц из-за их низкой плотности упаковки и неравномерного распределения могут фактически снизить теплопроводность. Наполнители с более мелкими частицами могут увеличить количество границ раздела фаз, что приводит к более высокому термическому сопротивлению, и они могут легко агрегировать, что увеличивает вязкость системы, тем самым влияя как на механические, так и на термические свойства полимера.

Чтобы решить эту проблему, исследователи предложили эффективное решение: использовать комбинацию частиц разного размера. Путем смешивания частиц нитрида алюминия разного размера с матричным материалом крупные частицы могут образовывать основные пути теплопроводности, тогда как мелкие частицы могут заполнять промежутки между более крупными частицами, образуя более сложную теплопроводящую сеть и дополнительно повышая теплопроводность материала. композитный материал.