3Dプリントされたウェーハ上にCNT/Siヒートシンクを印刷するためのRFアシスト硬化プロセス

3Dプリントされたウェーハ上にCNT/Siヒートシンクを印刷するためのRFアシスト硬化プロセス
寄稿者: 張海天 寄稿部署: 西安交通大学機械製造システム工学国家重点研究室 出典: 中国機械工学会付加製造技術 (3D プリント) 支部

高出力統合電子デバイスの急速な発展に伴い、過熱問題を解決し、電子デバイスの信頼性と寿命を向上させるために、多くのポリマーベースの熱管理デバイスが開発されてきました。ここでは、カーボンナノチューブ (CNT) / シリコン ヒートシンク材料を電子デバイス上に直接押し出す 3D プリントを紹介します。カーボンナノチューブは、導電性ナノフィラーおよびレオロジー改質剤として使用され、それぞれ熱伝導性、電気伝導性、およびシリコーンインクの印刷性を向上させます。さらに、カーボンナノチューブは無線周波数 (RF) サセプタでもあるため、カーボンナノチューブをシリコン マトリックスに組み込むと、RF 加熱を適用することで炉外での急速な硬化を実現できます。

CNT/シリコン ヒートシンクは、DIW 3D プリントと RF アシスト硬化プロセスを使用して製造されました。カーボンナノチューブをナノフィラーとして使用し、カーボンナノチューブ/シリコン複合インク配合とその印刷構造が電気伝導性、熱伝導性、印刷性に与える影響を研究しました。実験によると、CNT 含有量が 14 wt% の場合、CNT/シリコーン樹脂ヒートシンクは優れた熱特性と電気特性を持ち、成形性も良好です。

図 1 異なる CNT 含有量における CNT/シリコーン インクの二重対数プロット。 (a) 見かけ粘度はせん断速度とともに変化します (b) せん断貯蔵弾性率と損失弾性率はせん断応力とともに変化します (c) 異なる CNT 配合量で印刷された CNT/Si サンプル さらに、印刷されたヒートシンクの実際のアプリケーション性能は、シングルボードコンピューターを使用して評価されました。カーボンナノチューブ/シリコンヒートシンクは、回路基板に接続されたチップ上に直接印刷して硬化できるため、熱伝導材料の使用とヒートシンクの組み立て手順を簡素化できると同時に、チップとヒートシンク間の熱伝導インターフェースの数を減らすことができます。実験データによれば、このラジエーターは、既存の市販のアルミニウムラジエーターと同等の放熱性能を維持しながら、組み立てプロセスを簡素化します。

図 2. Raspberry Pi ボードの CPU チップに取り付けられたヒートシンク: (a) チップに印刷された CNT/シリコン ヒートシンク (b) 小さな印刷ベッドに印刷された CNT/シリコン ヒートシンク (c) 大きな印刷ベッドに印刷された CNT/シリコン ヒートシンク (d) 市販のアルミニウム ヒートシンク。 CPU 使用率が 5% および 97% のときの CPU チップ温度: (e) 時間の経過に伴う温度変化 (f) テスト期間の最後の 100 秒間の平均温度と最高温度 まとめると、材料押し出し 3D プリントと RF アシスト硬化を組み合わせることで、高性能ポリマー ヒートシンクを製造することができ、高効率と低エネルギー消費の両方の利点を備え、現代のエレクトロニクス分野で高性能ポリマー ヒートシンクを製造する主流の方法になる可能性があります。

参考文献:
Thang Q. Tran、Anubhav Sarmah、Ethan M. Harkin、Smita Shivraj Dasari、Kailash Arole、Matthew J. Cupich、Aniela JK Wright、Hang Li Seet、Sharon Mui Ling Nai、Micah J. Green、「材料押し出し3Dプリンティングで製造されたオンチッププリントCNT/シリコンヒートシンクの無線周波数アシスト硬化」、Additive Manufacturing。78 (2023)、103842。

材質、ラジエーター

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