Filtre monocristallin en nitrure d'aluminium (AlN) 1um

Alors que les produits électroniques et leurs composants continuent d’évoluer vers la miniaturisation et une intégration élevée, la dissipation thermique est devenue un défi majeur pour l’avancement de la technologie électronique. Dans ce contexte, les matériaux d’interface thermique et autres matériaux composites thermiquement conducteurs ont fait l’objet d’une attention sans précédent. Ces matériaux sont généralement composés de substances organiques et de charges thermiquement conductrices. Les matériaux organiques ayant généralement une faible conductivité thermique, généralement inférieure à 5 W/m·K, la conductivité thermique des composites thermoconducteurs dépend principalement du choix des charges conductrices.

Les charges conductrices les plus utilisées sur le marché sont les oxydes tels que l’Al2O3. Cependant, la conductivité thermique de l'oxyde d'aluminium lui-même n'est que de 38 à 42 W/m·K, ce qui limite la capacité de fabriquer des composites thermoconducteurs capables de répondre aux demandes futures du marché des matériaux de dissipation thermique.

En comparaison avec des oxydes comme Al2O3, l'AlN (nitrure d'aluminium) présente des avantages évidents. Sa conductivité thermique théorique atteint 320 W/m·K, dépassant largement celle de l'Al2O3. De plus, l'AlN possède également un faible coefficient de dilatation thermique, d'excellentes propriétés d'isolation, une faible constante diélectrique et un coefficient de dilatation thermique correspondant à celui du silicium. Pour ces raisons, l’utilisation de poudre d’AlN comme matière première pour préparer des matériaux composites thermoconducteurs est devenue un point chaud de la recherche ces dernières années.

La taille des particules de nitrure d'aluminium influence considérablement la conductivité thermique des composites polymères. Plus précisément, les charges de nitrure d'aluminium plus grandes ont une surface spécifique plus petite, ce qui réduit la surface de la couche d'interface et abaisse la résistance de l'interface thermique, améliorant théoriquement la conductivité thermique du matériau composite. D’un autre côté, des particules de plus petite taille offrent une densité de tassement plus élevée, ce qui contribue à réduire les vides et améliore ainsi la conductivité thermique.

Alors, vaut-il mieux utiliser des tailles de particules plus grandes ou plus petites ? En fait, les tailles de particules trop grandes ou trop petites nuisent à l’amélioration de la conductivité thermique. Les charges à grosses particules, en raison de leur faible densité de tassement et de leur répartition inégale, peuvent en fait réduire la conductivité thermique. Les charges particulaires plus petites peuvent augmenter le nombre d'interfaces, conduisant à une résistance thermique plus élevée, et elles peuvent facilement s'agréger, ce qui augmente la viscosité du système, affectant ainsi à la fois les propriétés mécaniques et thermiques du polymère.

Pour pallier ce problème, les chercheurs ont proposé une solution efficace : utiliser une combinaison de différentes tailles de particules. En mélangeant différentes tailles de particules de nitrure d'aluminium dans le matériau de la matrice, les grosses particules peuvent former les principales voies de conduction thermique, tandis que les petites particules peuvent combler les espaces entre les plus grosses particules, formant un réseau conducteur thermique plus complexe et améliorant encore la conductivité thermique du matériau composite.