以氮化物為填充物之高熱傳熱介面材料之研發

Development of High Thermal Conductivity Thermal Interface Material by Using Nitrite as The Filler

趙少君(Shao-Chun Chao)

指導教授 ： 林唯耕

國立清華大學/原子科學院/工程與系統科學系/碩士(2013年)

摘要

摘 要
目前電子元件之功率越來越大，廢熱也與之俱增。為了增進其效能，解決散熱問題才是根本之道。為了降低散熱模組與發熱源的表面接觸熱阻，故需要使用熱介面材料(Thermal Interface Material, T.I.M.)填補空隙以利帶走熱量。本論文以實驗方法去探討純鋁粉為基底加入不同粒徑之氮化硼、氮化鋁粉末以及高分子材料、矽酸鈉等搭配之熱傳導係數，同時在實際應用上能有效降低整體熱阻。
本論文分為四大部分：第一部份為T.I.M.量測平台之穩定性分析。第二部份為Thermal Pad之研發。第三部份為黏著性Thermal grease之研發。第四部份為Dummy Heater之熱阻測試。
由實驗結果可以發現在Thermal Grease量測部分T.I.M.量測平台所量測出道康寧TC-5121及信越7783熱傳導係數重複性相對誤差皆在8%以下；而在Thermal Pad量測部分利用SAINT-GOBAIN先進材料公司所提供之2種樣品，T.I.M.量測平台所測得之熱傳導係數之準確性誤差皆在9%以下。由此可得知本量測平台有良好的準確性及穩定性。在Thermal Pad實驗部分以鋁粉搭配不同粒徑氮化硼或氮化鋁作適當搭配可得到2.17(W/m˙K)高熱傳導性之熱介面材料，熱傳導係數隨著粉體比例提高而提昇但有其上限，對於鋁粉(Al)+不同粒徑氮化硼(BN)之填充比率極限為65wt%；而對於鋁粉(Al)+不同粒徑氮化鋁(AlN)之填充比率極限為75wt%。而在Thermal Grease實驗部分在熱傳導係數以及可承受壓力上均有不錯的性能，但矽酸鈉其易溶於水的特性，使其在應用上還有很多改善的空間。
關鍵字：熱介面材料、熱傳導係數、Thermal Grease、Thermal Pad。

關鍵字

熱介面材料 ； 熱傳導係數 ； 導熱膏 ； 導熱片 ； 熱阻

並列摘要

Abstract
In order to reduce the contact thermal resistance between Cooler and CPU surface, the Thermal Interface Material (T.I.M.) is necessary to fill the gap interface and also enhance heat transfer. The main purpose of this paper was to discuss the experimental methods conducted with using different size of aluminum nitride and boron nitride and aluminum powder to fill the thermal paste and thermal film, the effect of thermal conductivity caused by the method was also evaluated in this study.
This study includes four major methods; The first part was the stability analysis on T.I.M. measuring system. The second part was research and development of the Thermal Pad, the third part was research and development of the Thermal Grease, and final part was the Dummy Heater performance testing for the system thermal resistance.
Experiment results shown the accuracy error was below 8% for TIM measuring system by using the Dow Corning TC-5121, and Shin-Etsu 7762 as the test sample. In Thermal Pad measurement, the results shown the accuracy error within 9% in thermal conductivity compare with the data provided by SAINT- GOBAIN Advanced Materials Company. As for the Thermal Pad experiment, it could reach 2.17 (W/m˙K) when using aluminum and aluminum nitride at 75wt%. As for the Thermal Grease experiment, it is good for thermal conductivity and pressure but melt in water easily, so it is difficaut to use now.
Key words: thermal interface material, thermal conductivity, Thermal Grease, Thermal Pad.

並列關鍵字

T.I.M. ； Thermal Conductivity ； Thermal Grease ； Thermal Pad ； Thermal Resistance

參考文獻

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