日本瑞翁株式会社研发出单层碳纳米管热界面片材

日本瑞翁公司(Zeon)2016年11月10日宣布，开发出了利用单层碳纳米管(SGCNT)高导热性的热界面片材，并以要求高散热性的服务器及个人电脑等的CPU、SiC(碳化硅)类功率模块等为对象，作为可使散热措施得到大幅提高的“散热”片材开始样品供货。　　SGCNT是单层片材卷成圆筒状的碳纳米材料(图1)，单层片材是碳原子排列成正六边形网格的结构。SGCNT的导热率出色，是铜的大约10倍。瑞翁将微量的SGCNT(直径为0.3～0.4nm、长度为数100μm)和石墨类颗粒分散到氟类橡胶中，在橡胶内形成碳纳米材料的微细网格，成功实现了热界面片材在厚度方向上的导热率，以及可确保橡胶柔软性的硬度。图1：单层碳纳米管(SGCNT)。图片由日本单层CNT融合新材料研究开发机构(TASC)制作。　　具体而言，将热界面片材(图2)在厚度方向上的导热率大幅提高到了38W/m·K，并使表示橡胶硬度的Asker硬度降低到了59。而在此前，热界面片材在厚度方向上的导热率只有2W/m·K，硬度高达到88。如果Asker硬度高，在CPU与散热模块之间夹着热界面片材时，由于紧贴性差，就会在局部形成热阻高的部分，造成导热不良。图2：日本瑞翁开发的热界面片材　　此次的开发品由于Asker度低，因此可同时紧贴于CPU和散模块的表面，充分确保导热性(图3)。具体措施是将CPU和散热模块用螺丝来固定。据介绍，原来采用的方法是涂覆油脂类热界面材料，对CPU与散热模块等实施热结合，但“存在油脂很难涂，出现不均匀部分及液滴等问题”。图3：热界面片材使用时的示意图　　日本瑞翁介绍称，此次开发的热界面片材表现出色的地方在于，“在使用范围的大压力范围内显示出低热阻”。如图4所示，“此次开发的热界面片材的曲线(标记ZEON的蓝色曲线)在0.2～0.4MPa的压力范围内热阻值仅为约0.05℃/W，可充分导热”。而原来的油脂类热界面材料的热阻值要高约2倍，达到0.1℃/W。该油脂类热界面材料通过在内部分散银纳米颗粒等来降低热阻。图4：热界面片材的压力与热阻关系图　　日本瑞翁表示，此次开发的散热片材已面向服务器及功率电子部件用途分别向某公司供应了样品，目前正朝着实际采用的方向展开商谈。当前的目标是，1年内使此次开发的热界面片材出货6万m2左右。为此，日本瑞翁计划今年12月15日在其子公司瑞翁化成的茨城工厂内构筑这种散热片材的中试工厂，从2017年4月30日开始进入稳定生产。顺便一提，SGCNT由日本瑞翁的德山工厂生产。　　瑞翁相关负责人介绍说，“虽然以前就实现了面方向导热率的提高，但提高与面垂直的厚度方向的导热率是非常难的”。“此次实现的技术可使SGCNT和石墨类颗粒在氟类橡胶内充分分散，并沿着厚度方向做一定程度的排列，我们对这一其他公司无法模仿的自主技术充满自信”。估计瑞翁已采取了保证这一点的知识财产战略。　　此次开发的散热片材不仅可推进电子及电气部件等走向小型化及高性能化，同时还有望获得衍生效应，比如凭借“量产效应”使目前每公斤高达百万日元的高昂SGCNT材料成本降低，促进添加SGCNT的高性能橡胶等实现低价格，以及使油压类等机构实现高性能等等。SGCNT将由此走向工业材料化，可以说这才是此次开发的最大成果。