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技术文章
低场核磁共振技术表征芯片中使用的热界面材料的柔性性能
点击次数：2682 发布时间：2024/12/3 11:43:17
在微电子技术飞速发展的今天，芯片的散热问题成为了制约其性能提升的关键因素。随着芯片功率密度的提高和散热空间的缩小，热流分布不均匀和局部过热等问题日益突出。因此，对芯片中的热界面材料（TIMs）的柔性性能进行准确表征变得尤为重要。低场核磁共振技术（LF-NMR）作为一种非侵入性的分析技术，为热界面材料的柔性性能提供了一种有效的表征方法。
低场核磁共振技术通过探测样品中的氢原子核（通常是1H）在低磁场中的共振信号，来研究材料的分子动力学和结构特性。与传统的测试方法相比，低场核磁共振技术具有成本较低、操作简便、对样品尺寸和形状限制小等优点。这些特性使得低场核磁共振技术成为表征热界面材料柔性性能的理想工具。
理想的热界面材料应具备高导热性、高柔韧性、绝缘性、安装简便及可拆性、适用性广等特点。在芯片中，热界面材料的主要作用是填充电子芯片与散热器接触表面的微观空隙，减少散热热阻，从而提高散热效率。聚合物基复合材料因其轻质、韧性好、低成本和易加工等特性，占据了热界面材料市场的90%以上份额。
热界面材料的柔性性能直接影响其在芯片散热中的应用效果。高柔韧性的热界面材料能在较低安装压力条件下充分填充接触表面的空隙，保证与接触面间的接触热阻很小。此外，柔性性能还关系到热界面材料在热循环过程中的可靠性和耐久性。
低场核磁共振技术在热界面材料的柔性性能表征中显示出巨大潜力。通过分析热界面材料在不同条件下的核磁共振信号，可以获取材料内部分子运动的信息，进而评估材料的柔性性能。例如，中国科学院深圳先-进技术研究院的曾小亮课题组提出了一种通过在聚合物网络中引入悬挂链的解决策略，制备了具有高热导率（4.50 W/m•k）和优-异柔韧性的TIMs（伸长率104%，杨氏模量0.24 MPa）。使用低场核磁共振技术对添加了不同悬挂链含量的聚合物进行了T2弛豫时间的测量。
低场核磁共振技术为芯片中热界面材料的柔性性能表征提供了一种高效、精确的方法。随着微电子技术的不断进步，低场核磁共振技术在热界面材料的研究和应用中将发挥越来越重要的作用，助力解决芯片散热难题，推动微电子行业的持续发展。
原创作者：苏州纽迈分析仪器股份有限公司
