日本瑞翁公司(Zeon)2016年11月10日宣布，開發出了利用單層碳納米管(SGCNT)高導熱性的熱界面片材，并以要求高散熱性的服務器及個人電腦等的CPU、SiC(碳化硅)類功率模塊等為對象，作為可使散熱措施得到大幅提高的“散熱”片材開始樣品供貨。
SGCNT是單層片材卷成圓筒狀的碳納米材料(圖1)，單層片材是碳原子排列成正六邊形網格的結構。SGCNT的導熱率出色，是銅的大約10倍。瑞翁將微量的SGCNT(直徑為0.3～0.4nm、長度為數100μm)和石墨類顆粒分散到氟類橡膠中，在橡膠內形成碳納米材料的微細網格，成功實現了熱界面片材在厚度方向上的導熱率，以及可確保橡膠柔軟性的硬度。
圖1：單層碳納米管(SGCNT)。圖片由日本單層CNT融合新材料研究開發機構(TASC)制作。
具體而言，將熱界面片材(圖2)在厚度方向上的導熱率大幅提高到了38W/m·K，并使表示橡膠硬度的Asker硬度降低到了59。而在此前，熱界面片材在厚度方向上的導熱率只有2W/m·K，硬度高達到88。如果Asker硬度高，在CPU與散熱模塊之間夾著熱界面片材時，由于緊貼性差，就會在局部形成熱阻高的部分，造成導熱不良。
圖2：日本瑞翁開發的熱界面片材
此次的開發品由于Asker度低，因此可同時緊貼于CPU和散模塊的表面，充分確保導熱性(圖3)。具體措施是將CPU和散熱模塊用螺絲來固定。據介紹，原來采用的方法是涂覆油脂類熱界面材料，對CPU與散熱模塊等實施熱結合，但“存在油脂很難涂，出現不均勻部分及液滴等問題”。
圖3：熱界面片材使用時的示意圖
日本瑞翁介紹稱，此次開發的熱界面片材表現出色的地方在于，“在使用范圍的大壓力范圍內顯示出低熱阻”。如圖4所示，“此次開發的熱界面片材的曲線(標記ZEON的藍色曲線)在0.2～0.4MPa的壓力范圍內熱阻值僅為約0.05℃/W，可充分導熱”。而原來的油脂類熱界面材料的熱阻值要高約2倍，達到0.1℃/W。該油脂類熱界面材料通過在內部分散銀納米顆粒等來降低熱阻。
圖4：熱界面片材的壓力與熱阻關系圖
日本瑞翁表示，此次開發的散熱片材已面向服務器及功率電子部件用途分別向某公司供應了樣品，目前正朝著實際采用的方向展開商談。當前的目標是，1年內使此次開發的熱界面片材出貨6萬m2左右。為此，日本瑞翁計劃今年12月15日在其子公司瑞翁化成的茨城工廠內構筑這種散熱片材的中試工廠，從2017年4月30日開始進入穩定生產。順便一提，SGCNT由日本瑞翁的德山工廠生產。
瑞翁相關負責人介紹說，“雖然以前就實現了面方向導熱率的提高，但提高與面垂直的厚度方向的導熱率是非常難的”。“此次實現的技術可使SGCNT和石墨類顆粒在氟類橡膠內充分分散，并沿著厚度方向做一定程度的排列，我們對這一其他公司無法模仿的自主技術充滿自信”。估計瑞翁已采取了保證這一點的知識財產戰略。
此次開發的散熱片材不僅可推進電子及電氣部件等走向小型化及高性能化，同時還有望獲得衍生效應，比如憑借“量產效應”使目前每公斤高達百萬日元的高昂SGCNT材料成本降低，促進添加SGCNT的高性能橡膠等實現低價格，以及使油壓類等機構實現高性能等等。SGCNT將由此走向工業材料化，可以說這才是此次開發的最大成果。
