在微電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，芯片的散熱問題成為了制約其性能提升的關(guān)鍵因素。隨著芯片功率密度的提高和散熱空間的縮小，熱流分布不均勻和局部過熱等問題日益突出。因此，對芯片中的熱界面材料(TIMs)的柔性性能進(jìn)行準(zhǔn)確表征變得尤為重要。低場核磁共振技術(shù)(LF-NMR)作為一種非侵入性的分析技術(shù)，為熱界面材料的柔性性能提供了一種有效的表征方法。
低場核磁共振技術(shù)通過探測樣品中的氫原子核(通常是1H)在低磁場中的共振信號，來研究材料的分子動力學(xué)和結(jié)構(gòu)特性。與傳統(tǒng)的測試方法相比，低場核磁共振技術(shù)具有成本較低、操作簡便、對樣品尺寸和形狀限制小等優(yōu)點(diǎn)。這些特性使得低場核磁共振技術(shù)成為表征熱界面材料柔性性能的理想工具。
理想的熱界面材料應(yīng)具備高導(dǎo)熱性、高柔韌性、絕緣性、安裝簡便及可拆性、適用性廣等特點(diǎn)。在芯片中，熱界面材料的主要作用是填充電子芯片與散熱器接觸表面的微觀空隙，減少散熱熱阻，從而提高散熱效率。聚合物基復(fù)合材料因其輕質(zhì)、韌性好、低成本和易加工等特性，占據(jù)了熱界面材料市場的90%以上份額。
熱界面材料的柔性性能直接影響其在芯片散熱中的應(yīng)用效果。高柔韌性的熱界面材料能在較低安裝壓力條件下充分填充接觸表面的空隙，保證與接觸面間的接觸熱阻很小。此外，柔性性能還關(guān)系到熱界面材料在熱循環(huán)過程中的可靠性和耐久性。
低場核磁共振技術(shù)在熱界面材料的柔性性能表征中顯示出巨大潛力。通過分析熱界面材料在不同條件下的核磁共振信號，可以獲取材料內(nèi)部分子運(yùn)動的信息，進(jìn)而評估材料的柔性性能。例如，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院的曾小亮課題組提出了一種通過在聚合物網(wǎng)絡(luò)中引入懸掛鏈的解決策略，制備了具有高熱導(dǎo)率(4.50 W/m•k)和優(yōu)異柔韌性的TIMs(伸長率104%，楊氏模量0.24 MPa)。使用低場核磁共振技術(shù)對添加了不同懸掛鏈含量的聚合物進(jìn)行了T2弛豫時間的測量。
低場核磁共振技術(shù)為芯片中熱界面材料的柔性性能表征提供了一種高效、精確的方法。隨著微電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，低場核磁共振技術(shù)在熱界面材料的研究和應(yīng)用中將發(fā)揮越來越重要的作用，助力解決芯片散熱難題，推動微電子行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。
