低場核磁共振技術表征芯片中使用的熱界面材料的柔性性能

在微電子技術飛速發展的今天，芯片的散熱問題成為了制約其性能提升的關鍵因素。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）的柔性性能進行準確表征變得尤為重要。低場核磁共振技術（LF-NMR）作為一種非侵入性的分析技術，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和結構特性。與傳統的測試方法相比，低場核磁共振技術具有成本較低、操作簡便、對樣品尺寸和形狀限制小等優點。這些特性使得低場核磁共振技術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具備高導熱性、高柔韌性、絕緣性、安裝簡便及可拆性、適用性廣等特點。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。聚合物基復合材料因其輕質、韌性好、低成本和易加工等特性，占據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，柔性性能還關系到熱界面材料在熱循環過程中的可靠性和耐久性。

低場核磁共振技術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，可以獲取材料內部分子運動的信息，進而評估材料的柔性性能。例如，中國科學院深圳先進技術研究院的曾小亮課題組提出了一種通過在聚合物網絡中引入懸掛鏈的解決策略，制備了具有高熱導率（4.50 W/m•k）和優異柔韌性的TIMs（伸長率104%，楊氏模量0.24 MPa）。使用低場核磁共振技術對添加了不同懸掛鏈含量的聚合物進行了T2弛豫時間的測量。

低場核磁共振技術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。隨著微電子技術的不斷進步，低場核磁共振技術在熱界面材料的研究和應用中將發揮越來越重要的作用，助力解決芯片散熱難題，推動微電子行業的持續發展。