摘要 目的——本文旨在开发和测试用于半导体芯片封装的热界面材料 (TIM)。本研究的目标是实现良好的粘附性能(> 5 MPa 剪切强度)和低热界面阻(优于 SAC 焊料)。设计/方法/方法——研究了芯片和基板镀金触点之间 TIM 接头的机械和热性能。本研究采用基于银浆的烧结技术。通过剪切力测试和热测量评估性能特性。使用扫描电子显微镜对形成接头的横截面进行微观结构观察。结果——得出结论,含有几十微米大小的球形银颗粒和几微米大小的片状银颗粒的浆料可实现最佳性能。烧结温度为 230°C,烧结过程中对芯片施加 1 MPa 的力,可实现更高的粘附性和最低的热界面阻。原创性/价值——提出了一种基于银膏的新材料,该材料含有悬浮在树脂中的不同大小(从纳米到几十微米)和形状(球形、薄片)的银颗粒混合物。使用烧结技术和银膏在 230°C 下施加压力制备的接头表现出比其他 TIM 材料(如导热油脂、导热凝胶或导热粘合剂)更好的机械和热性能。这些材料可以使电子设备在 200°C 以上的温度下运行,而目前硅基电力电子设备无法做到这一点。
PCM 在潜热存储应用中的主要问题之一是提高热导率。已经进行了一些理论和实践研究来检查各种潜热存储系统的传热过程 [30]。目前,提高 PCM 热导率的主要方法是添加高热导率基质和化学改性添加剂的表面。这些包括表面和接枝功能团改性,以及添加多孔三维 (3D)、二维 (2D)、一维 (1D) 和零维 (0D) 结构添加剂。虽然改性和接枝功能团可以增加材料相容性并降低界面热阻,但改性的成功率较低且操作更复杂。加入导热基质可以形成导热链,从而减少声子散射并加快热量传输。另一方面,较高的添加剂质量含量将大大限制 PCM 的储热能力。因此,在选择提高 PCM 热导率的技术时,应考虑适当的添加量和实验条件。
许多行业的 OEM 都依赖导热管理和电气 EMI/RFI 屏蔽来确保设备的最佳运行和最长使用寿命。许多应用会产生高热量或无数次温度循环,或在包括化学、物理或热应力的极端环境条件下运行。
芯片:向碳化硅过渡 引线键合:超越铝键合,转向铜键合或无引线键合方法。 基板:更高性能的陶瓷或金属绝缘体基板。 导热油脂:尽可能消除,尤其是直接冷却时 冷却:过渡到双面冷却。 芯片连接:从焊料(例如银烧结材料)过渡。 基板连接:在非常苛刻的条件下可能需要非焊料解决方案。 散热器
热超材料表现出自然界中不存在的热特性,但可以合理设计以提供控制热传递的独特能力。最近的进展已经证明了对传导热传递的成功操纵,并导致了新型导热结构,如热斗篷、聚光器等。这些进展意味着在复杂系统中引导热传递的新机会和与电子热管理相关的新封装方法。这些方面很重要,因为电子封装朝着更高功率、更高密度和 2.5D/3D 集成的方向发展,这使得热管理更具挑战性。虽然基于大导热率材料以及热管和热交换器的传统冷却解决方案可以以均匀的方式将热量从热源散发到热源,但热超材料可以帮助以确定性的方式散热,避免热串扰和局部热点。本文回顾了与电子封装可能相关的热超材料的最新进展。本文在概述最新和关键的 2.5D/3D 集成封装挑战的同时,还讨论了热超材料对未来电子封装热管理的影响。热超材料可以为非平凡的热管理挑战提供解决方案。未来的研究将需要接受在高性能异质封装中实施热超材料设计的新挑战,以继续推进电子封装的最新技术。[DOI:10.1115/1.4047414]
通过使用散热器和有效的热界面材料来最大限度地降低封装中的热阻对于 LED 的长而可靠的使用寿命非常重要。Momentive 提供一系列室温/低温固化 TIM 和导热油脂,用作铝或 FR-4 底座和散热器之间的热界面。这些可修复材料可润湿热表面,可用于减少粘合线,并且由于它们是液体分配的,因此仅允许使用必要的量,从而为材料成本和生产率效益创造了机会。
现代电子工业不断向着更高的功耗、更多的集成功能和小型化发展,这导致了导热填料的出现,使其能够以长期可靠性和低拥有成本解决具有挑战性的散热问题,同时提高现代电子设备的功率密度。因此,高效散热已成为现代电子封装设计中更为关键的要求。热界面材料 (TIM) 被广泛用于制造散热系统中最关键的部件,以冷却和保护集成电路 (IC) 芯片。
1-D PCM 棒的横截面积,[m 2 ] 比热,[J kgK ⁄ ] 运行成本,[$ yr ⁄ ] 电价,[$ kWhr ⁄ ] 管材成本,[$ kg ⁄ ] PCM 材料成本,[$ kg ⁄ ] 管内传热系数,[W m 2 K ⁄ ] 总时间步数 电导率,[W mK ⁄ ] 管总长度,[m ] 平准化能源成本,[$ MWh ⁄ ] PCM 潜能,[kJ kg ⁄ ] 径向网格数 管长网格数 努塞尔特数 普朗特数 传热速率,[W] 传热速率,[W] HTF 总质量流速,[kg s ⁄ ] 环内半径,[m] 环状几何中的移动凝固前沿,[m]环形圆柱体 PCM 的热阻,[ m ] 圆柱体 PCM 内的热阻,[ KW ⁄ ] 导热流体内的热阻,[ KW ⁄ ] 雷诺数 温度,[ ℃ ] 边界冷却温度,[ ℃ ] 相变材料熔化温度,[ ℃ ] 管与圆柱体 PCM 之间的界面温度,[ ℃ ] 管内导热流体的速度,[ ms ⁄ ] 管壁厚度,[ mm ] 壳体厚度,[ mm ] 一维 PCM 棒的长度,[ m ] 每天运行小时数,[ hr ] 凝固时间,[ hr ] 移动凝固前沿,[ m ] 设备总寿命,[ yr ] 环形圆柱体 PCM 的轴长,[ m ] 两个坐标系之间的凝固前沿比率 密度,[ kg m 3 ⁄ ] 粘度,[ Pa ∙s ] 潜能储存系统的有效性矩形几何结构显热能分数因子 圆柱形几何结构显热能分数因子 差值或增量步长 泵效率
(1) TAS5112 封装使用裸露的金属焊盘区域来增强导热冷却性能。将焊盘暴露在环境空气中的器件作为器件的唯一散热方式是不切实际的。因此,在数据表的应用信息部分提供了表征热处理的系统参数 R θ JA。在热信息部分提供了典型系统 R θ JA 值的示例和讨论。此示例提供了有关功率耗散额定值的更多信息。此示例应作为计算特定应用的散热额定值的参考。如果需要,TI 应用工程部门可提供设计散热器的技术支持。