熱物理性質(zhì)不同的材料之間存在界面熱阻,界面熱阻對熱傳輸過程產(chǎn)生極大的影響,并在很大程度上決定了復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。金剛石顆粒增強金屬基復(fù)合材料（Metal matrix composites,MMCs）充分發(fā)揮了金剛石的高熱導(dǎo)率和低熱膨脹系數(shù)的優(yōu)點,有望獲得高的熱導(dǎo)率以及與半導(dǎo)體相匹配的熱膨脹系數(shù),可滿足現(xiàn)代電子設(shè)備在散熱能力上提出的越來越高的要求,作為新一代電子封裝材料已引起廣泛關(guān)注。界面熱導(dǎo)（界面熱阻的倒數(shù)）既是決定復(fù)合材料導(dǎo)熱能力的關(guān)鍵因素,也是研究的難點,復(fù)合材料制備工藝、界面改性方式（金屬基體合金化或金剛石表面金屬化）以及改性金屬種類均會影響界面熱導(dǎo)。詳細論述了界面熱導(dǎo)理論及實驗研究的最新成果,并對金剛石/金屬復(fù)合材料在未來研究中面臨的主要問題進行探討。 

【文章來源】：材料導(dǎo)報. 2017,31(07)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

圖１電子設(shè)備中各部件之間的界面Ｆｉｇ．１Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓｂｅｔｗｅｅｎｖａｒｉｏｕｓｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｉｎ

快、集成化更高、小型化、性能要求更高的方向發(fā)展，高效的散熱能力是保證下一代電子設(shè)備性能和可靠性的必要條件［８］。如圖１所示，為了提高電子器件的散熱能力，除了需要在宏觀界面處填充熱界面材料之外，基板也需要采用高導(dǎo)熱的電子封裝材料。第一代電子封裝材料如Ｉｎｖａｒ、Ｋｏｖａｒ、Ｃｕ／Ｗ、Ｃｕ／Ｍｏ和第二代電子封裝材料如Ａｌ／ＳｉＣ、Ｃｕ／ＳｉＣ的熱導(dǎo)率均低于３００Ｗ／（ｍ·Ｋ），不能滿足激光器、ＬＥＤ、集成電路等高功率器件苛刻的散熱要求。由圖２可見，與傳統(tǒng)電子封裝材料相比，金剛石顆粒增強金屬基復(fù)合材料（金剛石／金屬復(fù)合材料）不僅具有高的熱導(dǎo)率，而且與半導(dǎo)體材料的熱膨脹系數(shù)相匹配，因此成為新一代電子封裝材料的研究熱點。金剛石是自然界中熱導(dǎo)率最高的物質(zhì)，為高導(dǎo)熱金屬Ｃｕ的４～５倍，因此將其作為增強相與高導(dǎo)熱金屬復(fù)合，理論上應(yīng)具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能。然而前期研究表明，在一般的制備條件下，金剛石由于本身的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和顯著的化學(xué)惰性而極難與金屬基體實現(xiàn)良好的界面結(jié)合，從而限制了金剛石優(yōu)異性能的充分發(fā)揮。兩相之間的界面對復(fù)合材料導(dǎo)熱性能起著至關(guān)重要的作用［９－１１］，正因如此，兩相界面優(yōu)化是金剛石／金屬復(fù)合材料研究所面臨的關(guān)鍵問題。當(dāng)前，界面優(yōu)化方法可以劃分為金屬基體合金化、金剛石表面金屬化和先進成型技術(shù)３種［１２］。通過界面優(yōu)化，可在金剛石與金屬基體之間形成一層碳化物，提高界面結(jié)合強度，減少界面缺陷，從而提高界面熱導(dǎo)。圖２金剛石顆粒增強金屬基復(fù)合材料的熱導(dǎo)率和熱膨脹系數(shù)與傳統(tǒng)封裝散熱材料的比較［１３］Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｄｉ

測光相對抽運光到達樣品表面的時間差，如圖５（ｄ）所示。通過探測器測量經(jīng)表面反射后探測光的強度，當(dāng)位移平臺處于不同位置時可以獲得抽運光加熱材料表面后不同時間的探測光強的相對變化，從而獲得樣品表面溫度隨時間的變化曲線，這條曲線可以反映樣品內(nèi)部的熱傳導(dǎo)過程，在隨后的數(shù)據(jù)解析過程中，結(jié)合適當(dāng)?shù)臒彷斶\模型即可得到微納米尺度薄層的界面熱導(dǎo)。ＴＤＴＲ具有納米級的分辨率，是研究微納尺度下材料界面熱導(dǎo)的有力工具，對于納米尺度材料而言，可以說是目前行之有效的唯一實驗手段［１５］。圖５ＴＤＴＲ法信號轉(zhuǎn)換的原理圖［１６］Ｆｉｇ．５ＳｃｈｅｍａｔｉｃｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｏｆｓｉｇｎａｌｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｆｏｒＴＤＴＲｍｅｔｈｏｄ［１６］圖６ＴＤＴＲ測試系統(tǒng)基本裝置示意圖Ｆｉｇ．６ＢａｓｉｃｄｅｖｉｃｅｓｃｈｅｍａｔｉｃｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｏｆＴＤＴＲｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍ３金剛石顆粒增強金屬基復(fù)合材料界面熱導(dǎo)的主要影響因素影響金剛石顆粒增強金屬基復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能的因·７５新一代高導(dǎo)熱金屬基復(fù)合材料界面熱導(dǎo)研究進展／常·國等

【參考文獻】：
期刊論文
[1]液態(tài)金屬填充型硅脂導(dǎo)熱性能實驗研究[J]. 梅生福,高云霞,鄧中山,劉靜.  工程熱物理學(xué)報. 2015(03)
[2]金剛石顆粒增強金屬基高導(dǎo)熱復(fù)合材料的研究進展[J]. 王西濤,張洋,車子璠,李建偉,張海龍.  功能材料. 2014(07)
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博士論文
[1]飛秒激光抽運探測法納米材料及界面熱輸運機理研究[D]. 祝捷.中國科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所） 2011



本文編號：3102702