Comment utiliser les charges en nitrure d'aluminium ?

Avec la miniaturisation et le degré élevé d'intégration des produits électroniques et de leurs dispositifs, le problème de la dissipation thermique est devenu un goulot d'étranglement important limitant le développement de la technologie électronique, qui détermine l'efficacité de la dissipation thermique des matériaux d'interface thermique, tels que les matériaux composites conducteurs thermiques, qui reçoivent de plus en plus d'attention.

Actuellement, les composites thermoconducteurs commerciaux sont généralement composés de matériaux organiques et d'une charge thermoconductrice. La conductivité thermique des matériaux organiques étant très faible, généralement inférieure à 0,5 W/mK, elle est principalement déterminée par la charge thermoconductrice.

La conductivité thermique des matrices polymères courantes et des charges thermoconductrices Les charges les plus utilisées sur le marché sont les charges d'oxyde représentées par alumine et ainsi de suite, mais la conductivité thermique intrinsèque de l'alumine n'est que de 38~42W/mK, ce qui est limité par le fait qu'il sera très difficile de préparer des composites thermoconducteurs pour répondre à la demande du marché pour les futurs matériaux de dissipation thermique.

En revanche, la conductivité thermique théorique de l'AlN est aussi élevée que 320 W/mK, et il possède d'excellentes propriétés telles qu'un faible coefficient de dilatation thermique, de bonnes propriétés isolantes, une faible constante diélectrique et une correspondance avec le coefficient de dilatation du silicium, d'où la préparation de composites thermoconducteurs en utilisant Poudre d'AlN comme agent de remplissage a été très recherché ces dernières années.

Un problème clé doit être résolu

Bien que le nitrure d'aluminium offre des performances globales bien supérieures à celles de l'alumine, de l'oxyde de béryllium et du carbure de silicium, et qu'il soit considéré comme le matériau idéal pour les substrats semi-conducteurs hautement intégrés et l'encapsulation de dispositifs électroniques, il présente un inconvénient : il absorbe facilement l'eau lors de la réaction d'hydrolyse à l'air. La surface du revêtement d'une couche d'hydroxyde d'aluminium s'en trouve alors altérée, ce qui perturbe la conduction thermique et affecte la transmission des phonons. La viscosité du polymère, en raison de sa forte teneur en charge, augmente considérablement, ce qui nuit au moulage et à la mise en œuvre.

Afin de surmonter ces problèmes, il est nécessaire de modifier la surface des particules thermoconductrices afin d'améliorer leur liaison interfaciale. Il existe actuellement deux principales méthodes pour modifier la surface des particules inorganiques : la réaction chimique de surface, qui consiste à adsorber ou à réagir une petite molécule, telle qu'un agent de couplage, à la surface des particules inorganiques. La deuxième méthode est le greffage de surface, qui consiste à greffer le monomère polymère sur le groupe hydroxyle à la surface des particules inorganiques.

Actuellement, les modifications de surface par agents de couplage, tels que les agents de couplage au silane et au titanate, ainsi que d'autres types d'agents de traitement de surface, sont couramment utilisées. Le greffage de surface offre une plus grande flexibilité que les méthodes de réaction chimique de surface, car il permet de sélectionner des monomères et des procédés de réaction de greffage répondant aux conditions requises pour différents besoins de caractérisation.

Influence de la taille et de la forme des particules sur les matériaux conducteurs thermiques

L'effet de la taille des particules de nitrure d'aluminium sur la conductivité thermique des composites polymères se manifeste principalement sous deux aspects. D'une part, plus la surface spécifique d'une charge de grande taille est faible, plus la surface de la couche interfaciale qu'elle forme est petite, c'est-à-dire plus la résistance thermique interfaciale est faible, plus la conductivité thermique théorique obtenue est élevée ; d'autre part, plus la densité d'empilement d'une charge de petite taille est élevée, ce qui permet de réduire efficacement les vides et d'améliorer la conductivité thermique.

N'est-ce pas une contradiction ? Est-il préférable d'avoir une taille de particule plus grande ou plus petite ? En fait, charge de nitrure d'aluminium Une taille de particules trop grande ou trop petite n'est pas optimale. Une taille trop grande peut entraîner une faible densité d'empilement et une répartition inégale, ce qui diminue la conductivité thermique. Une taille de particules trop petite entraîne une augmentation des interfaces et de la résistance thermique. Les charges de petite taille s'accumulent plus facilement, ce qui entraîne une augmentation de la viscosité du système, ce qui entraîne la formation de vides dans le polymère et une dégradation de ses propriétés mécaniques et thermiques.

Par conséquent, nous exigeons que la taille des particules soit « ni trop grande ni trop petite », mais cette exigence est difficile à satisfaire. Une solution efficace a donc été trouvée : l'utilisation de particules de différentes tailles pour la composition. Des particules sélectionnées de différentes tailles sont ajoutées à la matrice. Les grosses particules constituent le principal chemin thermique, tandis que les petites particules se logent dans l'espace entre les grosses particules afin de former un réseau plus riche en conductivité thermique et d'améliorer la conductivité thermique du matériau composite.

Différentes tailles de charge AlN thermoconductrice Schéma de classification des particules : la forme de la charge (barbillons, fibreux, feuilletés, sphériques) influence la conductivité thermique du matériau et la formation de voies conductrices. L'ordre suivant s'applique : barbillons > fibreux > feuilletés > sphériques. Cependant, la densité de remplissage sphérique est plus élevée pour les charges élevées. Elle n'entraîne pas d'augmentation brutale de la viscosité, mais est la plus largement utilisée dans l'industrie. De plus, le procédé de traitement influence également l'application du nitrure d'aluminium aux matériaux polymères thermoconducteurs. En effet, il affecte la dispersion et la distribution des charges dans la matrice. L'état de dispersion des charges dans la matrice influence la formation de voies conductrices dans le matériau composite, affectant ainsi sa conductivité thermique. Selon les différentes formes de composites polymères, les méthodes de traitement et de moulage peuvent être divisées en trois : mélange en solution, mélange de poudre et mélange en fusion. Leur effet sur l'amélioration de la conductivité thermique se présente comme suit : mélange de poudre > mélange en solution > mélange en fusion.

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L'un de nos principaux atouts réside dans notre capacité à atténuer efficacement le problème d'hydrolyse de l'AlN, garantissant ainsi une stabilité et des performances supérieures des matériaux. Grâce à la qualité exceptionnelle de ses produits et à son service client, Xiamen Juci a su gagner la confiance de clients du monde entier.

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