日本瑞翁公司(Zeon)2016年11月10日宣布，開發(fā)出了利用單層碳納米管(SGCNT)高導(dǎo)熱性的熱界面片材，并以要求高散熱性的服務(wù)器及個(gè)人電腦等的CPU、SiC(碳化硅)類功率模塊等為對(duì)象，作為可使散熱措施得到大幅提高的“散熱”片材開始樣品供貨。
SGCNT是單層片材卷成圓筒狀的碳納米材料(圖1)，單層片材是碳原子排列成正六邊形網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)。SGCNT的導(dǎo)熱率出色，是銅的大約10倍。瑞翁將微量的SGCNT(直徑為0.3～0.4nm、長(zhǎng)度為數(shù)100μm)和石墨類顆粒分散到氟類橡膠中，在橡膠內(nèi)形成碳納米材料的微細(xì)網(wǎng)格，成功實(shí)現(xiàn)了熱界面片材在厚度方向上的導(dǎo)熱率，以及可確保橡膠柔軟性的硬度。
圖1：?jiǎn)螌犹技{米管(SGCNT)。圖片由日本單層CNT融合新材料研究開發(fā)機(jī)構(gòu)(TASC)制作。
具體而言，將熱界面片材(圖2)在厚度方向上的導(dǎo)熱率大幅提高到了38W/m·K，并使表示橡膠硬度的Asker硬度降低到了59。而在此前，熱界面片材在厚度方向上的導(dǎo)熱率只有2W/m·K，硬度高達(dá)到88。如果Asker硬度高，在CPU與散熱模塊之間夾著熱界面片材時(shí)，由于緊貼性差，就會(huì)在局部形成熱阻高的部分，造成導(dǎo)熱不良。
圖2：日本瑞翁開發(fā)的熱界面片材
此次的開發(fā)品由于Asker度低，因此可同時(shí)緊貼于CPU和散模塊的表面，充分確保導(dǎo)熱性(圖3)。具體措施是將CPU和散熱模塊用螺絲來固定。據(jù)介紹，原來采用的方法是涂覆油脂類熱界面材料，對(duì)CPU與散熱模塊等實(shí)施熱結(jié)合，但“存在油脂很難涂，出現(xiàn)不均勻部分及液滴等問題”。
圖3：熱界面片材使用時(shí)的示意圖
日本瑞翁介紹稱，此次開發(fā)的熱界面片材表現(xiàn)出色的地方在于，“在使用范圍的大壓力范圍內(nèi)顯示出低熱阻”。如圖4所示，“此次開發(fā)的熱界面片材的曲線(標(biāo)記ZEON的藍(lán)色曲線)在0.2～0.4MPa的壓力范圍內(nèi)熱阻值僅為約0.05℃/W，可充分導(dǎo)熱”。而原來的油脂類熱界面材料的熱阻值要高約2倍，達(dá)到0.1℃/W。該油脂類熱界面材料通過在內(nèi)部分散銀納米顆粒等來降低熱阻。
圖4：熱界面片材的壓力與熱阻關(guān)系圖(圖片由日本瑞翁制作)
日本瑞翁表示，此次開發(fā)的散熱片材已面向服務(wù)器及功率電子部件用途分別向某公司供應(yīng)了樣品，目前正朝著實(shí)際采用的方向展開商談。當(dāng)前的目標(biāo)是，1年內(nèi)使此次開發(fā)的熱界面片材出貨6萬m2左右。為此，日本瑞翁計(jì)劃今年12月15日在其子公司瑞翁化成的茨城工廠內(nèi)構(gòu)筑這種散熱片材的中試工廠，從2017年4月30日開始進(jìn)入穩(wěn)定生產(chǎn)。順便一提，SGCNT由日本瑞翁的德山工廠生產(chǎn)。
瑞翁相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹說，“雖然以前就實(shí)現(xiàn)了面方向?qū)崧实奶岣?，但提高與面垂直的厚度方向的導(dǎo)熱率是非常難的”。“此次實(shí)現(xiàn)的技術(shù)可使SGCNT和石墨類顆粒在氟類橡膠內(nèi)充分分散，并沿著厚度方向做一定程度的排列，我們對(duì)這一其他公司無法模仿的自主技術(shù)充滿自信”。估計(jì)瑞翁已采取了保證這一點(diǎn)的知識(shí)財(cái)產(chǎn)戰(zhàn)略。
此次開發(fā)的散熱片材不僅可推進(jìn)電子及電氣部件等走向小型化及高性能化，同時(shí)還有望獲得衍生效應(yīng)，比如憑借“量產(chǎn)效應(yīng)”使目前每公斤高達(dá)百萬日元的高昂SGCNT材料成本降低，促進(jìn)添加SGCNT的高性能橡膠等實(shí)現(xiàn)低價(jià)格，以及使油壓類等機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高性能等等。SGCNT將由此走向工業(yè)材料化，可以說這才是此次開發(fā)的最大成果。 
CONTACT US
ICC APP
