サーマルマネジメント用窒化ホウ素

熱への挑戦

今日の電子部品やアセンブリにとって、熱は大敵のひとつです。 寿命を縮め、信頼性を脅かします。 設計者やファブリケーターは、より小型でより高速なアセンブリの製造を求められており、放熱の必要性がかつてないほど高まっています。

六方晶窒化ホウ素(BN)フィラーはこの問題を解決します。 様々な高分子材料に使用されるBNの放熱能力は、電子部品やアセンブリの寿命を延ばし、信頼性を高めるのに役立ちます。

BNフィラーの熱伝導率を、溶融シリカ、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどの他のフィラーと比較すると、ポリマー材料のフィラーとして使用した場合、BNはこれらの材料よりも優れています。 一部のBNポリマー材料は、15 w/mKという高い熱伝導率を達成しています。

BNフィラーは、他の面でも今日のエレクトロニクス製造のニーズに応えています。 誘電率3.9の優れた絶縁体です。 これは、EVや5G通信における今日の熱管理設計において特に重要です。 BNフィラーは、高充填で良好な流動性をもたらす、柔らかく潤滑性のある材料から作られているため、作業が容易です。 この化学的に不活性な材料は湿気に強く、高い体積抵抗率(1015Ω-cm以上)を提供します。

サーマル・マテリアル・ソリューション

このような役割を果たすために、さまざまな材料の応用が可能で、それぞれに長所と短所があります。 一般的なオプションをいくつか見てみましょう:

接着剤

接着剤ベースのTIMは機械的安定性に優れ、部品同士をしっかりと接着することができます。 熱伝導性は良いのですが、再加工性や塗布のしやすさという点では限界があるかもしれません。

グリース

サーマルグリースは、熱伝導率が高く、塗布が容易なため、広く使用されています。 表面間の微細な隙間を埋め、熱伝達効率を高めます。 ただし、時間の経過とともに乾燥するため、定期的な再塗布が必要になる場合があります。

ジェル:

サーマルジェルは適合性に優れ、大きな隙間を効果的に埋めることができます。 熱伝導率は中程度ですが、粘度が高いため、隙間充填が重要な特定の用途に適しています。

相変化材料(PCM)

PCMは温度変化にさらされると相転移を起こし、運転中に大量のエネルギーを吸収または放出します。 しかし、熱伝導率が比較的低いため、高出力用途では使用が制限される可能性があります。

パッド

サーマルパッドは、シリコンやグラファイトなどの材料で作られた、あらかじめ形成されたシートです。 取り付けが簡単で、再加工が可能なため、頻繁なメンテナンスや部品交換が予想される用途に適しています。 しかし、熱伝導率は他のTIMオプションに比べて低いかもしれません。

チップデバイス用TIM 材料の探索

チップデバイスの世界では、熱を効率的に逃がすことが、最適な性能と信頼性を実現する上で極めて重要です。 図1は、ヒートスプレッダとヒートシンクを取り付けたフリップチップデバイスの断面図であり、このセットアップにおける熱界面材料(TIM)の重要性を強調しています。

TIM-2層は、ヒートスプレッダとヒートシンクの中間的な役割を果たし、効率的な熱伝達を促進して周囲環境に放熱します。

TIM-1層は、チップとヒートスプレッダーの間のインターフェイスとして機能します。 チップからスプレッダーに熱を伝え、効果的な熱放散を確保する上で重要な役割を果たします。

プリント基板(PCB)は、電子機器内で電気や信号が流れる経路を提供するプラットフォームとして機能します。 これらの経路は、抵抗器、コンデンサ、トランジスタ、集積回路などのさまざまなコンポーネントを接続し、これらのコンポーネントが通信し、調和して動作することを可能にします。

ダイアタッチは、ダイと基板間の電気的接続を確立する上で重要な役割を果たします。 デバイス内の適切な信号伝送と電力分配を保証します。 さらに、ダイからの効率的な放熱を促進し、過熱を防止して最適なパフォーマンスを維持します。

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