窒化アルミニウム (AlN) 単結晶フィルター 1um

電子製品とそのコンポーネントが小型化と高集積化に向けて進化し続けるにつれて、熱放散は電子技術の進歩にとって重要な課題となっています。これに関連して、サーマルインターフェースマテリアルやその他の熱伝導性複合材料が前例のない注目を集めています。これらの材料は通常、有機物質と熱伝導性フィラーで構成されています。有機材料は一般に熱伝導率が低く、通常は 5 W/m・K 未満であるため、熱伝導性複合材料の熱伝導率は主に導電性フィラーの選択に依存します。

市場で最も広く使用されている導電性フィラーは、Al2O3 などの酸化物です。しかし、酸化アルミニウム自体の熱伝導率は 38 ～ 42 W/m・K にすぎず、放熱材料市場の将来の需要を満たすことができる熱伝導性複合材料を製造する能力は制限されています。

Al2O3 のような酸化物と比較すると、AlN (窒化アルミニウム) には明らかな利点があります。その理論熱伝導率は 320 W/m・K に達し、Al2O3 の熱伝導率をはるかに上回ります。さらに、AlN は熱膨張係数が小さく、絶縁性に優れ、誘電率が低く、シリコンと熱膨張係数が一致しています。これらの理由から、熱伝導性複合材料を調製するための原料としてAlN粉末を使用することが、近年研究のホットスポットとなっている。

窒化アルミニウムの粒径は、ポリマー複合材料の熱伝導率に大きく影響します。具体的には、窒化アルミニウムフィラーが大きくなると比表面積が小さくなり、界面層の面積が減少して界面熱抵抗が低下し、理論的には複合材料の熱伝導率が向上します。一方、粒径が小さいほど充填密度が高くなり、空隙が減少し、熱伝導率が向上します。

では、粒子サイズは大きいほうが良いのでしょうか、それとも小さいほうが良いのでしょうか?実際、粒子サイズが大きすぎても小さすぎても、熱伝導率の向上には悪影響を及ぼします。大きな粒子のフィラーは、充填密度が低く、分布が不均一であるため、実際には熱伝導率が低下する可能性があります。粒子フィラーが小さいと界面の数が増えて熱抵抗が高くなり、容易に凝集して系の粘度が上昇するため、ポリマーの機械的特性と熱的特性の両方に影響を与えます。

この問題を克服するために、研究者らは、異なる粒子サイズを組み合わせて使用するという効果的な解決策を提案しました。異なるサイズの窒化アルミニウム粒子をマトリックス材料に混合することにより、大きな粒子が主な熱伝導経路を形成し、小さな粒子が大きな粒子間の隙間を埋めることができ、より複雑な熱伝導ネットワークを形成し、熱伝導率をさらに高めることができます。複合材料。