电子设备的小型化、集成化和功率的增加加剧了严重的散热问题。导热胶可以有效地传递热量并牢固地粘合组件，对于解决这些挑战至关重要。本文创新性地提出了以无机磷酸盐/氧化铝为基体，金刚石为填料的复合材料。第一性原理计算和实验测试证实，磷酸盐的高TC和良好的界面接触保证了高效的传热。为了优化键合性能，采用有机改性方法制备了改性金刚石/Al(H2PO4)3@epoxy杂化复合材料。独特的杂化结构，结合了无机热路径和有机粘接网络，使杂化复合材料同时具有高TC 和强附着力。与以前的报道相比，这种混合导热胶的综合性能异常显著。在芯片冷却场景中证明了混合热敏胶优越的散热能力。这种有机/无机混合方法为获得先进的热界面材料提供了新的方向，在芯片焊接、封装和散热方面显示出巨大的应用潜力。
图解
图1:a) Al(H2PO4)3与Al2O3的反应机理，b)磷酸树脂的TG-DSC曲线，c)磷酸树脂(Al(H2PO4)3: m-Al2O3 = 1:3)在不同温度下的FTIR光谱，d)固化后的磷酸树脂与原料的XRD光谱，e)金刚石的FTIR光谱，f)固化样品的物理照片，以及固化后的m-金刚石/Al(H2PO4)3复合材料(Al(H2PO4)3: m-Al2O3: m-金刚石= g) 1:1:3, h) 1:1:6, i) 1:3:6的SEM图像。
图2：a) m-金刚石/Al(H2PO4)3复合材料的TC。(b)样品的红外热像图，c)孔隙度，d)粘度，e) Al(H2PO4)3与金刚石的PDOS比较，f) Muller-Plathe方法的聚合变异体示意图。(g)金刚石改性前后Al(H2PO4)3与金刚石界面模型，h)金刚石改性前后稳定的界面热流密度，i)金刚石改性前后金刚石/Al(H2PO4)3界面温度分布，j)与其他已报道的绝缘导热胶粘剂的TC比较，k)与其他已报道的非绝缘导热胶粘剂的TC比较。
图3：a)抗拉剪切强度; (b) m-金刚石/Al(H2PO4)3复合材料(1:1:6)在不同温度下的FTIR光谱，c)体积电阻率, d)相应复合材料的介电常数。e) m-金刚石/Al(H2PO4)3复合材料介电常数和容许损耗曲线，f) CTE值。
图4：a)水性Al(H2PO4)3(上图)与非水性Al(H2PO4)3(下图)在EP树脂上的湿润角，b) mdiamond/Al(H2PO4)3@EP杂化复合材料示意图，c)杂化复合材料TG-DSC曲线，d) XRD谱图，e)杂化复合材料样品中的传热路径，f)不同Al(H2PO4)3添加比例(g) 0.5:1:3, h) 1:1:3, i) 2:1:3, j) 4:1:3)退火后杂化复合材料骨架的孔隙特征及SEM图像。
图5：a)TCs m-diamond / Al (H2PO4) 3 @ep混合复合材料, b)的剪切拉伸应力-应变曲线混合复合材料在不同的基质,c)拉伸剪切强度的失败部分标本(木板,EP, PF,钛合金,coated-Ti合金、铝合金,45 #钢,碳化硅陶瓷、氧化铝陶瓷、从左至右)，d)室温下不同基材复合胶的抗剪强度和增强比，e)水性Al(H2PO4)3树脂与非水性Al(H2PO4)3树脂的润湿角比较，f) m-金刚石/Al(H2PO4)3@EP复合材料与不同基材的动态接触角，g) TC和机械性能与报告工作的比较，[54-60]和h)作为商业导热胶的实际应用(左)与混合复合材料(右)的比较。
图6： 相应的材料在本工作中的应用试验。a)临界应变能量释放率GIC, b)体重变化曲线的水阻力测试,c)缺失值, d)光学图像和微观结构的混合composite-filled芯片,e) UPE测试像素图，左为mdiamond/Al(H2PO4)3复合图，右为m-diamond/Al(H2PO4)3@EP复合图，f)计算UPE, g)芯片红外热像图(左为非填充芯片，右为混合复合填充芯片)。
图7：a)倒装芯片散热原理图，b)散热系统的简化几何模型和胶粘剂的局部结构，c)未填充胶粘剂时的温度梯度结果，d)填充胶粘剂时的温度梯度结果，e)未填充胶粘剂时的热流密度结果，f)填充胶粘剂时的热流密度结果，g)瞬态热分析时的温度变化对比。H)瞬态热分析时热流密度变化的比较，i)未填充胶粘剂的芯片与j)填充胶粘剂的芯片温度分布。
结论
在本研究中，我们解决了在导热胶粘剂中协调高各向同性TC和强附着力的挑战。采用无机和有机基质杂交的创新方法，制备了以Al(H2PO4)3和EP为杂化基体，Al2O3为交联剂和导热填料，m-金刚石为次级填料的杂化复合材料。这两种复合材料都比现有研究中报道的具有无与伦比的优势。优异的性能归功于无机基体和金刚石之间PDOS的显著重叠，促进了系统内高效的声基传热。此外，金刚石的官能团修饰与Al(H2PO4)3形成氢键，优化了填料与基体之间的界面。EP具有较高的固化温度，有效填充了无机复合材料中的孔隙，形成了无缝的双互联网络，增强了复合材料的力学性能。基于本研究结果，有机-无机杂交是显著提高TIMs综合性能的一个有希望的未来研究方向。这将拓宽热填料与基体之间的界面优化技术，充分利用填料的ITC优势，提高热管理系统的散热效率。此外，在未来的工作中，将探索具有各种增强和基体的复合材料，以开发具有多样化和卓越性能特征的材料。
注：仅代表小编个人观点，如有侵权请联系小编删除或修改！
扫二维码 关注我们
原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202403490
