Poly(ionic liquid)s: A Promising Matrix for Thermal Interface Materials

材料科学 离子液体 热稳定性 散热膏 硅酮 化学工程 纳米技术 相容性(地球化学) 热导率 复合材料 生物化学 化学 工程类 催化作用
作者
Jianhui Zeng,Ting Liang,Baohao Yang,Taoying Rao,Meng Han,Yimin Yao,Jianbin Xu,Liejun Li,Rong Sun
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (34): 45563-45576 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acsami.4c09914
摘要

The swift progression of high-density chiplet packaging, propelled by the artificial intelligence revolution, has precipitated a critical need for high-performance chip-scale thermal interface materials (TIMs). The elevated thermal resistance, limited interfacial adhesion, and mechanical flexibility intrinsic to silicone systems present a substantial challenge in meeting reliability standards amidst chip warpage. This particular matter underscores a significant performance bottleneck within existing high-end TIMs. In this study, we present poly(ionic liquid)s (PILs) as an innovative matrix for TIMs. Our findings highlight the unique properties of PILs, showcasing a low elastic modulus (60 kPa), exceptional flexibility and stretchability (>3800%), high adhesion to diverse substrates (up to 4.10 MPa), favorable filler compatibility, remarkable thermal stability, and prompt self-healing capabilities coupled with recyclability. The collective findings suggest that the PIL serves as an ideal matrix for heat transfer. As a proof of concept, PIL blended with liquid metal was straightforwardly combined to produce a TIM, exhibiting exceptional performance within practical encapsulated structures. The PIL-based TIM demonstrates substantial elongation at break (>350%), coupled with sustained high adhesion strength (up to 1.70 MPa), and exhibits favorable thermal conductivity in package testing. This study presents an innovative TIM matrix with the potential to enhance existing TIM systems, delivering significant performance benefits compared to silicones. Besides elucidating their multifaceted characteristics, this study forecasts an expanded range of applications for PILs, along with laying the groundwork for advancing next-generation TIMs.
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