常见的界面导热材料及选型

一、什么是导热界面材料

•导热界面材料(Thermal Interface Materials)又称为热界面材料或者界面导热材料,是一种普遍用于IC封装和电子散热的材料,主要用于填补两种材料接合或接触时产生的微空隙及表面凹凸不平的孔洞,减少传热接触热阻,提高器


件散热性能。

•热界面(接触面)材料 (Thermal Interface Materials,TIM)在热管理中起到了十分关键的作用,是该学科中的一个重要研究分支。


二、为什么要导热界面材料

•在微电子材料表面和散热器之间存在极细微的凹凸不平的空隙,如果将他们直接安装在一起,它们间的实际接触面积只有散热器底座面积的10%,其余均为空气间隙。因为空气热导率只有0.024W/(m·K),是热的不良导体,将导致电子元件与散热器间的接触热阻非常大,严重阻碍了热量的传导,最终造成散热器的效能低下。

•使用具有高导热性的热界面材料填充满这些间隙,排除其中的空气,在电子元件和散热器间建立有效的热传导通道,可以大幅度低接触热阻,使散热器的作用得到充分地发挥。


三、理想的导热界面材料是怎样的。

理想的热界面材料应具有的特性是:

(1)高导热性;

(2)高柔韧性,保证在较低安装压力条件下热界面此材料能够最充分地填充接触表面的空隙,保证热界面材料与接触面间的接触热阻很小;

(3)绝缘性;

(4)安装简便并具可拆性;

(5)适用性广,既能被用来填充小空隙,也能填充大缝隙;

(6)价格低廉。


四、几种常见导热界面材料的介绍

1、导热硅脂

(1)、导热硅脂俗称散热膏,导热硅脂以有机硅酮为主要原料,添加耐热、导热性能优异的材料,制成的导热型有机硅脂状复合物。

(2)、 优点:性价比高,在电子散热中最常见的导热材料。

注意点:操作不方便,一般的导热膏会有硅油析出,时间长了会干,使用年限长的产品不建议使用导热膏。


2、导热硅胶片

(1)、导热硅胶片是以硅胶为基材,添加金属氧化物等各种辅材,通过特殊工艺合成的一种导热介质材料。

(2)、在行业内,又称为导热硅胶垫,导热矽胶片,软性导热垫等等,是专门为利用缝隙传递热量的设计方案生产,能够填充缝隙,完成发热部位与散热部位间的热传递。

(3)、同时还起到绝缘、减震、密封等作用,能够满足设备小型化及超薄化的设计要求,是极具工艺性和使用性,且厚度适用范围广,是一种极佳的导热填充材料。


3、导热硅胶片的优势

(1)、导热硅胶片的导热系数的范围以及稳定度。

(2)、导热硅胶片在结构上工艺工差的弥合,降低散热器和散热结构件的工艺工差要求。

(3)、导热硅胶片具有绝缘的性能。

(4)、导热硅胶片具减震吸音的效果。

(5)、导热硅胶片具有安装,测试,可重复使用的便捷性。

(6)、导热相变化材料

•相变化材料(PCM – Phase Change Material)是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。相变化材料由固态变为液态或由液态变为固态的过程称为相变过程,这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。

•优点:相变化材料现在主要是固固相变,在面对热冲击的状况下,可以通过相变化 吸收一定的热量,减缓大热流密度的冲击.就像在导热通道上加了一个蓄水池. 现在市场上的相变化材料的相变温度大概是在45℃—50 ℃左右.相变化材料主要应用与类似CPU等存在瞬时大热流密度的热源上,可以起到很好保护作用,特别是在开机或重新启动的瞬间。


4、导热双面胶

•导热双面胶又称导热胶带,是由压克力聚合物填充导热陶瓷粉末,与有机硅胶粘剂复合而成。具有高导热和绝缘的特性,并具有柔软性、压缩性、服帖性、强粘性。适应温度范围大,可填补不平整的表面,能紧密牢固地贴合热源器件和散热片,将热量快速传导出去。

•优点 :一般粘接其他散热片与发热设备的用法很便捷,将导热双面贴置于发热片与散热片之间,加力压紧,散热片即被牢牢固定在发热片上,使用简单便捷,利于提高生产效率。其散热效果比一般的散热贴纸效果明显,大大提升了元件的寿命,是一些高端且需导热的电子产品的首选。

•注意点:对粘接的表面要求高,印刷和电镀的表面不宜用。


5、导热石墨片

•导热石墨片是一种全新的导热散热材料,沿两个方向均匀导热,屏蔽热源与组件的同时改进消费类电子产品的性能。散热效率高、占用空间小、重量轻,沿两个方向均匀导热,消除“热点”区域,屏蔽热源与组件的同时改进消费类电子产品的性能。

•优点:导热系数高、材料比较薄、性价比高、纵向导热性能超强,能够迅速消除热点区域。

•注意点:不绝缘、材料比较脆、冲型时损耗大。


五、导热材料的选型建议

•不要单单迷信导热系数一个参数。像导热硅胶片的硬度太高了,导热系数再高也没什么效果,因为压模量太小了。

•不要迷恋低价格:导热材料失效是电子产品散热方案失效的关键原因之一,绝大多数情况下,就源于设计者选用了低劣的导热界面材料,因小失大。

•最重要的是实际装上产品测试最终性能。