開發具高熱導係數之新型異質接面Percolation奈米結構之熱介面材料與IGBT熱管理應用研究(1/3)

本計畫係採用奈米科技研究熱介面材料(Thermal Interface Materials, TIMs) 之開發及性能探討。因高功率電子元件容易產生大量熱能，故需以熱介面材料填補元件間之間隙進而提升熱傳導性。此計畫製備添加石墨烯之新型異質接面奈米結構熱介面材料，應用於高功率IGBT。計畫預計以三年期間，分別就下列項目進行開發:第一年主要以現有小型風力發電系統之中低功率(15kW)絕緣閘雙極電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)為探討對象，發展具高熱導係數奈米層狀金屬之新型異質接面奈米結構之熱介面材料，並實際應用於中低功率15kW之IGBT。另外，以中低功率15kW之IGBT晶片、焊料、鋁接線與(Direct bonded copper)進行微結構分析並探討其失效原因，預計達成之技術規格為：熱導率平行/垂直方向: 25-30 W/mK/1-5 W/mK。目前國際上最先進的領先指標規格為熱導率平行/垂直方向: 14 W/mK/2 W/mK [1]第二年主要探討高聚光太陽能發電系統之中高功率(100kW)之IGBT，並發展具高熱導係數奈米銀線(AgNWs)網狀系統之新型異質接面奈米結構散熱介面材料，實際應用於100kW高功率IGBT散熱系統。另外本年度也探討中高功率IGBT模組於高功率正弦負載作用下的分析，研究中高功率IGBT晶片熱疲勞破壞進行分析，並透過加入新型異質接面奈米結構熱介面材料使其高功率IGBT有效延長使用壽命，預計達成之技術規格為：熱導率平行/垂直方向: 30-40W/mK/3-7W/mK。第三年以現有風力發電與高聚光太陽能發電系統串列式整合為高功率(250kW)發電系統，且發展具高熱導係數之新型異質接面vertical double percolation奈米結構熱介面材料。另外，透過製備奈米銀顆粒 (SNPs) 和單壁奈米碳管 (SWCNTs) ，以及將市售石墨烯粉末球磨處理後採用網版印刷，使奈米銀顆粒 (SNPs) 和單壁奈米碳管 (SWCNTs)均勻製程於石墨烯片基板，應用於高功率(250kW以上)IGBT與鋁散熱鰭片之間的溫度量測。預計達成之技術規格為：熱導率平行/垂直方向: 40-50W/mK/6-10W/ mK。