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目前，针对电子器件的散热主要采用以下两种方式：1）对电子芯片与散热器间的接触面进行合理的设计，并施以适当的压力，尽量增加实际接触面积，减少接触面间的空隙，从而降低接触热阻，提高电子器件的导热性能。然而，这种散热方式的加工工艺复杂，成本较高，且对电子器件导热性能的改善不明显，故不常采用。2）在电子芯片与散热器间放置高性能的复合材料(如图1.1所示)，并施加适当的压力，使得复合材料填充入接触面间的空隙中，减少接触间隙中的空气，以提高电子器件的散热性能。由于复合材料通常为高分子聚合物，具有良好的电绝缘性、耐腐蚀性，且易于加工成型，所以相对于传统的导热材料具有更好的发展前景。但是，高分子聚合物的导热性能不佳，这严重限制了它在散热领域的应用[5]。
图1.1 接触面间使用热界面复合材料前后比较
1.2 热界面材料的研究进展
由于复合材料本身的导热系数较小，为了使其能更好的应用于电子器件的散热领域，必须提高其导热性能。而提高复合材料的导热系数的措施主要有以下两种方法：1）在复合材料的加工过程中，通过一定的手段，改变材料本身的分子结构以及分子间的连接方式，来提高复合材料的导热系数。采用这种方法制取得到的热界面材料被称为本征型导热复合材料。2）采用导热系数高的填料粒子填充入高分子聚合物中，混合均匀，从而形成导热性能高的复合材料。此时，采用填料填充所得到的热界面材料被称为填充型导热复合材料[6,7]。
1.2.1 本征型导热复合材料
本征型导热复合材料是指在加工过程中，通过先进的技术改变材料内部分子的结构所制取得到的高导热性能的复合材料，其导热性能主要取决于复合材料内部分子链的取向[8]。周文英等[9]指出，采用外力对复合材料进行定向拉伸加工，会使复合材料沿拉伸方向具有较大的导热系数。这是由于复合材料经定向拉伸后，材料内部分子容易沿拉伸方向进行有序排列，所以此时复合材料沿拉伸方向的导热系数较高。然而，由于本征型导热复合材料的制备过程复杂，且加工所得到的复合材料导热性能常常不能满足电子器件散热的需要，所以，实际生产中常采用填充型导热复合材料[10]。
1.2.2 填充型导热复合材料
填充型导热复合材料是指将导热系数较高的填料粒子均匀地填充到高分子聚合物中所形成的复合材料，其导热性能主要取决于以下三个方面[11]：
1）填料本身的导热系数以及其填充质量分数。一般而言，填料本身的导热系数越高以及其填充的质量分数越大，其填充所得到的复合材料的导热性能越好。然而，陈仕国等[12]指出，当填料的导热系数与聚合物基体的导热系数之比大于100时，随着填料导热系数的增大，复合材料的导热系数不会再有明显的增加。
2）填料在基体中的分布情况(如图1.2所示)。当导热填料的填充量较少时，填料均匀的分散在聚合物基体中，颗粒间彼此接触较少，未能形成导热通道，所以即使填料具有良好的导热性能，复合材料的导热系数也较小，且此时复合材料的导热系数主要还是由聚合物基体所决定。当导热填料填充量增加到某一临界值附近时，颗粒间容易紧密接触，形成导热通道，即导热网链。当导热网链的方向与热流方向相同时，复合材料的导热系数将显著增加。然而，当导热网链的方向与热流方向相垂直时，复合材料的导热性能最差[13]。所以，提高复合材料导热系数的关键在于采用先进的技术使得在热流方向上可以形成更多的导热网链。然而，如果导热填料的填充量大于某一临界值后继续增加，则导热网链的密度不会再继续增大，此时，复合材料的导热系数也不再有明显的提高。
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