陶瓷顆粒/石墨烯/PDMS複合之熱界面材料開發

研究計畫: 政府部門科技部計畫

專案詳細資料

說明

近熱界面材料(Thermal interface materials, TIM)普遍用於IC封裝和電子產品的散熱,在熱管理中佔有十分關鍵的地位,其作用原理如下:電子元件表面和散熱器之間存在細微的不平整空隙,兩者實際接觸面積只有散熱器底座面積的10%,其餘均為空氣間隙。而空氣導熱係數只有0.025 W/mK,為熱的不良導體,嚴重阻礙熱量的傳導,造成散熱器的效能低下。使用具有高導熱性的熱界面材料取代空氣間隙,可以大幅度降低接觸熱阻,使散熱器的作用得到充分地發揮。本研究將選用高導熱陶瓷填料與高分子膠體基質,進行前處理、混拌,並添加自行開發擁有良好導熱率的新興碳材料:石墨烯、奈米碳管,使石墨烯薄片與大小複合的陶瓷填料顆粒產生協同效應(Synergetic effect),以實現高導熱性熱界面材料之開發。整體的計畫執行要點與工作要項包括: 1. 陶瓷填料大氣電漿處理:本研究將利用大氣電漿對氧化鋁(Al2O3)或氮化鋁(AlN)表面做改質處理,改變顆粒表面的官能基,提高陶瓷顆粒與聚二甲基矽氧烷(Polydimethylsiloxane, PDMS)間的黏著度,從而降低界面熱阻效應。並依據處理時間的調變、粉末之不同粒徑或形狀混摻比例等參數,進行熱傳導效果之探討。 2. 製備高導熱性寡層石墨烯:本實驗室已具備新穎且綠能的製程方法,使用碳酸鹽(Carbonate)作為環保的石墨插層材料,再結合熱震處理與超音波震盪增加剝離效果,且不需經過還原處理的程序。製程方式兼具環境友善、可批量生產並保有高熱傳導係數等石墨烯的優異特性。 3. 均勻混拌形成導熱膠材:將利用真空脫泡攪拌進行陶瓷填料與PDMS均勻混拌,其黏度性能約25-50 Pa·s (25 ℃)。並添加適當比例且表面改質過後的多壁奈米碳管以及寡層石墨烯。另外,管狀的奈米碳管混拌於石墨烯薄片中,可防止石墨烯互相堆疊,增加石墨烯表面積利用率,擴充散熱途徑,同時在石墨烯片之間形成導熱橋梁,提升導熱膠材的散熱率。 4. 熱界面材料之性能測試:將使用紅外線熱像儀對多組樣品進行初步定性量測,再將熱傳導特性優異的樣品,委外送件符合ASTM D5470規範之儀器,進行熱傳導係數的檢測。如此更能夠增進導熱膠材的研發進度,節省委外量測的次數與費用,並期望可以突破目前絕緣型(體積電阻率≧10^12 Ω-cm)導熱膠材之熱傳導係數幾乎均小於10 W/mK的瓶頸。
狀態已完成
有效的開始/結束日期2018/11/012019/10/31

Keywords

  • 熱界面材料
  • 陶瓷填料
  • 石墨烯
  • 協同效應
  • 大氣電漿
  • 聚二甲基矽氧烷

指紋

探索此專案觸及的研究主題。這些標籤是根據基礎獎勵/補助款而產生。共同形成了獨特的指紋。