导热材料选型的需要首先考虑六大问题

在电子产品中，掌握系统的温度是一个关键因素（在性能和寿命方面也是如此）。每天，我们都需要面对这些问题：当我们使用电脑、游戏机或手机时。设备过热会导致其性能立即下降，有时还会危及安全。随着电子元件的小型化和更高性能水平，散热变得越来越重要。通常元件表面温度每升高10°C，电子设备的故障率就会翻倍。这是在BBC Reserch Wellesley进行的一项研究中测得的，该研究强调了电气系统中的故障原因。

那么如何选择合适的导热材料呢？要做出决定，要问自己的六个问题：

1） 需要用导热材料填充的间隙大不大？

要填补的间隙越重要（特别是在较高组件和较低组件之间间隙较大的电路板上），导热材料就越需要厚且灵活。

离电路板最近的组件和较高的组件之间的间隙很大

在这种情况下，最好选择非常灵活的导热材料。像超柔软的导热硅胶垫片（以具有非常柔软质地的导热垫的形式）。这些导热硅胶垫片可以达到几毫米的厚度，同时保持非常高的柔韧性。

主要缺点是导热系数不超过几W/m.K（柔韧性和厚度以牺牲性能为代价）。由“腻子”材料（靠近油脂和导热膏）制成的导热垫也可以，以实现比标准导热材料更高的厚度。这些导热垫的优点是导热性更强（高达10W / m.K）。然而，硬度（因此，压缩力）将高于超软型导热材料。

小间隙：覆盖组件的表面平坦。

在这种情况下，大多数导热材料都可以使用，选择将取决于其他技术标准，例如硬度或导热系数。

2） 导热材料要传导的热功率是多少？

根据装配和产品规格，在满足性能需求的水平是哪个留有一定余量。最有效的导热材料是石墨制造或金属填充的导热垫。这些导热材料的导热系数达到数百W/m.K。然而，这些高导热系数导热材料具有导电性的缺点，并且非常坚硬（它们补偿间隙和振动的效率较低）。效率最低的导热材料是超柔软导热材料。它们非常灵活，但导热率较低。为什么呢？原因就是导热率通常与导热垫中添加的导热颗粒的数量有关。然而，更高的电荷也直接意味着更高的硬度。

3）导热材料是否有定期维护计划？

必须在设计阶段考虑维护。经过涂抹导热膏或清洁PCB上的导热硅脂蠕变的人会明白。存在操纵替代品的“清洁剂”，例如导热垫（或热毯）形式的导热材料。这些是可以切割的聚合物片形式的导热材料。这些导热垫可以达到与导热膏相同的性能水平（最常见的可达11W / m.K）。

4）导热材料是否确保电绝缘？

在大多数情况下，答案是肯定的。导热材料通过渗出可能会覆盖PCB上的组件针脚（例如FPGA）。在这种情况下，导热材料必须是完全电绝缘的。大多数导热材料都是硅基的，因此具有很高的电绝缘性能，这为它们提供了超过 10¹⁰的体积电阻率和几千伏的击穿电压（取决于厚度）。一些导热垫或糊剂具有更高的金属电荷，在这种情况下，这些导热材料在操作时需要更加谨慎，以避免短路（即使高导热力很有吸引力，也要小心不要落入陷阱）。

5) 导热材料是否应用在严格的环境中（特殊、医疗或军用类型）？

有机硅基导热材料意味着随着时间的推移有机硅颗粒有脱落的风险。这种现象主要考虑在导热材料暴露在高度受限环境中的项目中。例如，安装在空间设备上的导热材料受到真空的影响。挥发性的有机硅颗粒可能会从导热材料中逸出。这不仅会影响其行为和特性，还会污染其环境。这种类型的污染和放气现象也可能在光学应用中引起问题。例如，组装在镜头旁边的热界面需要完全中性，以避免弄脏光学元件。对于这些对有机硅颗粒耐受性非常低或不存在的应用，强烈建议使用无硅导热材料或者低挥发导热材料。去除导热材料的硅胶的缺点是导热垫的硬度明显增加，导热热性能下降。

6） 施加在导热材料上的压力或螺栓应力是多少？

根据导热材料在组件中的位置和安装，可能会对压力有一定的要求。较硬的导热材料需要更高的夹紧力，更柔软的导热材料将更容易压缩。这些导热材料通过在组件周围变形来补偿PCB上的起伏。施加在组件中的压缩力也较低。由于机械强度较低，处理这些导热材料也变得更加困难。这些导热垫在搬运和安装过程中容易撕裂或变形。因此，这些导热材料的组装需要更加谨慎。在导热性方面，“超软”导热材料具有较低的导热性，以优先考虑材料的柔韧性。还存在导热系数较高的导热垫形式的导热材料。它们的质地和柔韧性接近导热膏。这些导热垫的导电性可以达到11W.m.K，硬度为邵氏00（非常柔韧）。尽管它们不像导热膏那样柔软，但在使用时必须小心处理。

您已经可以理解选择导热材料的复杂性以及必须在不同参数之间做出的折衷。为了确保做出最佳的性能/成本/延迟选择，最好的方法仍然是专业公司的帮助。无论是我们还是其他导热材料公司都愿意这样做，请花时间听取建议。错误的选择会危及整个电子项目的可行性。

本文更新于：2023-03-29 16:28:16