導(dǎo)熱界面材料背景

散熱一直是電子工業(yè)一項(xiàng)重點(diǎn)研究的工作，電子元器件的實(shí)際工作溫度是影響其可靠性的關(guān)鍵因素之一。隨著電子設(shè)備向著小型化、高功耗發(fā)展，其功耗密度逐步增加,電子設(shè)備的發(fā)熱量也成倍增加，這也對(duì)系統(tǒng)的散熱性能提出了更高的要求；導(dǎo)熱界面材料由此誕生。

導(dǎo)熱界面材料基本概述

導(dǎo)熱界面材料，英文為Thermal Interface Materials ，簡(jiǎn)稱TIM，又稱為熱界面材料或者界面導(dǎo)熱材料，是一種普遍用于IC封裝和電子散熱的材料，主要用于填補(bǔ)兩種材料接合或接觸時(shí)產(chǎn)生的微空隙及表面凹凸不平的孔洞，減少傳熱接觸熱阻，提高器件散熱性能。

在微電子材料表面和散熱器之間存在極細(xì)微的凹凸不平的空隙，如果將它們直接安裝在一起，它們間的實(shí)際接觸面積只有散熱器底座面積10%，其余均為空氣間隙。因?yàn)榭諝鉄釋?dǎo)率只有0.024W/(m*K)，是熱的不良導(dǎo)體，將導(dǎo)致電子元件與散熱器間的接觸熱阻非常大，嚴(yán)重阻礙了熱量的傳導(dǎo)，最終造成散熱器的效能低下。使用具有高導(dǎo)熱性的熱界面材料填充滿這些間隙，排除其中的空氣，在電子元件和散熱器間建立有效的熱傳導(dǎo)通道，可以大幅度降低接觸熱阻，使散熱器的作用得到充分地發(fā)揮。熱界面(接觸面)材料在熱管理中起到了十分關(guān)鍵的作用，是該學(xué)科中的一個(gè)重要研究分支。

為了滿足電子類產(chǎn)品的散熱需求，導(dǎo)熱界面材料也是種類繁多，市場(chǎng)上常用的導(dǎo)熱界面材料有：導(dǎo)熱硅膠片、導(dǎo)熱膠泥、導(dǎo)熱凝膠、導(dǎo)熱雙面膠、導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱灌封膠、導(dǎo)熱粘接膠、導(dǎo)熱石墨片、導(dǎo)熱矽膠布、導(dǎo)熱相變材料等，那今天，NFION導(dǎo)熱界面材料廠家就來跟您講訴下導(dǎo)熱界面材料的幾個(gè)關(guān)鍵特性有哪些？

一．熱特性

1 熱阻抗

熱阻等于R=d/k，此等式表明熱阻與導(dǎo)熱系數(shù)k成反比，與材料厚度成正比。也就是說材料的導(dǎo)熱系數(shù)是一個(gè)常數(shù)，熱阻只與材料的厚度有關(guān)，厚度越厚熱阻就越大，反之越小。

接觸熱阻是可以人為控制的，依據(jù)接觸表面選擇合適的導(dǎo)熱界面材料。這樣才能控制總導(dǎo)熱阻抗。

2 導(dǎo)熱系數(shù)

導(dǎo)熱系數(shù)是確定導(dǎo)熱界面材料的導(dǎo)熱能力的標(biāo)志。導(dǎo)熱系數(shù)越大導(dǎo)熱性能越好。

二 電氣特性

1 擊穿電壓

擊穿電壓的測(cè)量是在特定的條件下導(dǎo)熱材料可以經(jīng)受多大的電壓值。此數(shù)值表明了導(dǎo)熱界面材料的電絕緣能力。該數(shù)值在潮濕，高溫環(huán)境下會(huì)受到影響，因?yàn)閷?dǎo)熱界面材料吸收了空氣中的水分。

2 體積電阻率

體積電阻率用于度量單位體積材料的容積電子阻力。體積電阻率是指導(dǎo)熱界面材料在通電組件和金屬散熱器件之間電流泄漏的能力。和擊穿電壓一樣也會(huì)受潮濕和高溫的影響還使體積電阻率下降。

三 彈性體特性

1 壓縮變形

壓縮變形是指偏轉(zhuǎn)時(shí)施加的合力。當(dāng)施加壓縮負(fù)荷時(shí)，彈性體材料會(huì)發(fā)生形變，但材料的體積保持不變。壓縮變形特性可能會(huì)根據(jù)部件的的幾何體，偏轉(zhuǎn)率和探針的大小等而發(fā)生變化。

2 應(yīng)力弛豫

當(dāng)在導(dǎo)熱界面材料上施加壓力時(shí)，較初的變形后，會(huì)緩慢地發(fā)生弛豫過程，隨后除去壓力，這一過程會(huì)持續(xù)到壓力負(fù)荷與材料的內(nèi)在強(qiáng)度達(dá)到平衡為止。

3 壓縮形變

壓縮形變是應(yīng)力弛豫的結(jié)果，導(dǎo)熱界面材料忍受壓力負(fù)荷的時(shí)間過長(zhǎng)，部分變形就會(huì)成為較久變形，在負(fù)荷減輕之后不可恢復(fù)。

如何選擇導(dǎo)熱界面材料？

我們了解了導(dǎo)熱界面材料的基本介紹后，如何選擇合適導(dǎo)熱界面材料呢？首先根據(jù)客戶的應(yīng)用確定導(dǎo)熱界面材料的類型；其次根據(jù)產(chǎn)品的導(dǎo)熱系數(shù)、厚度、尺寸、密度、耐電壓、使用溫度等參數(shù)來選擇合適的導(dǎo)熱界面材料。

厚度的選擇與客戶需要解決散熱的產(chǎn)品貼放TIM 位置的間隙大小及TIM 產(chǎn)品本身的密度、硬度、壓縮比等參數(shù)相關(guān)，建議樣品測(cè)試后再確定具體參數(shù)。導(dǎo)熱系數(shù)的選擇最主要看需要解決散熱的產(chǎn)品熱源功耗大小，以及散熱器或散熱結(jié)構(gòu)的散熱能力大小。

尺寸大小以覆蓋熱源為最佳選擇，而不是覆蓋散熱器或散熱結(jié)構(gòu)件的接觸面，選擇尺寸比發(fā)熱源大時(shí)并不會(huì)對(duì)散熱有很大改善或提高。選擇最佳匹配的導(dǎo)熱界面材料時(shí)，可以先選擇至少兩種導(dǎo)熱界面材料，然后通過做導(dǎo)熱性能測(cè)試去決定選擇哪款導(dǎo)熱界面材料是最匹配的。