熱界面材料

熱界面材料（英語：Thermal Interface Material）是用於塗敷在散熱器件與發熱器件之間，降低它們之間接觸熱阻所使用的材料的總稱。

基本介紹

• 中文名：熱界面材料
• 外文名：Thermal Interface Materials
• 又稱：導熱界面材料
• 作用：減少傳熱接觸熱阻

概述

熱界面材料（英語：Thermal Interface Material）是用於塗敷在散熱器件與發熱器件之間，降低它們之間接觸熱阻所使用的材料的總稱。凡是表面都會有粗糙度，所以當兩個表面接觸在一起的時候，不可能完全接觸在一起，總會有一些空氣隙夾雜在其中，而空氣的導熱係數非常之小，因此就造成了比較大的接觸熱阻。而使用熱界面材料就可以填充這個空氣隙，這樣就可以降低接觸熱阻，提高散熱性能。

背景

高溫將會對電子元器件的穩定性、可靠性和壽命產生有害的影響，譬如過高的溫度會危及半導體的結點，損傷電路的連線界面，增加導體的阻值和造成機械應力損傷。因此確保發熱電子元器件所產生的熱量能夠及時的排出，己經成為微電子產品系統組裝的一個重要方面，而對於集成程度和組裝密度都較高的攜帶型電子產品(如筆一記本電腦等)，散熱甚至成為了整個產品的技術瓶頸問題。在微電子領域，逐步發展出一門新興學科一熱管理 (Thermal Management)，專門研究各種電子設備的安全散熱方式、散熱設備及所使用的材料。

使用原理

熱界面(接觸面)材料 (Thermal Interface Materials，TIM)在熱管理中起到了十分關鍵的作用，是該學科中的一個重要研究分支。使用原理如下：

在微電子材料表面和散熱器之間存在極細微的凹凸不平的空隙，如果將他們直接安裝在一起，它們間的實際接觸面積只有散熱器底座面積的10%，其餘均為空氣間隙。因為空氣熱導率只有0.024W/(m·K)，是熱的不良導體，將導致電子元件與散熱器間的接觸熱阻非常大，嚴重阻礙了熱量的傳導，最終造成散熱器的效能低下。使用具有高導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通道，可以大幅度低接觸熱阻，使散熱器的作用得到充分地發揮。

熱界面材料的分類

熱界面材料主要分為以下幾類：

• 矽脂(thermal grease)
• 矽膠(thermal gel)
• 散熱墊片(thermal pad)
• 相變化材料(Phase change material)
• 相變化金屬片(Phase change metal alloy)
• 導熱膠(Thermal conductive adhensive)

材料	典型成分	優點	缺點	厚度(mil)	導熱係數(W/m.K)
矽脂	矽油基底，ZnO，Ag，AlNl	導熱係數高，易於緊貼表面，不需固化，可重用	有泵出效應與相分離，遷移性，生產時較髒	2	3到5
矽膠	Al，Ag，矽油，Olefin，石蠟	導熱係數較高，固化前易於緊貼表面，無泵出效應或者遷移，可重用	需要固化，導熱係數較矽脂低	1-1.5	3到4
相變化材料	聚烯烴樹脂，丙烯酸樹脂，鋁，氧化鋁，碳納米纖維管	易於緊貼表面，無需固化，沒有分層現象，易於運用，可重用	導熱係數較矽脂低，厚度不均勻	1.5-2	0.5到5
相變化金屬片	純銦片，銦/銀，錫/銀/銅,銦/錫/鉍	高導熱係數，易於運用，可重用	可能會完全熔解，有空洞	2.0-5	30到50
導熱膠	環氧樹脂基底，鐵，銀，鎳	導熱係數較高，無需法向的壓力	需要固化，固化時需要夾具，導熱係數較矽脂低，有脫落的可能性	N/A	N/A
散熱墊片	矽橡膠，玻纖，聚脂基材，矽油填充	易於運用，可重用，柔軟可變形	導熱係數較矽脂低，厚度較厚且不均勻	10-100	1.5-4

理想特性

理想的熱界面材料應具有的特性是：

(1)高導熱性；

(2)高柔韌性，保證在較低安裝壓力條件下熱界面此材料能夠最充分地填充接觸表面的空隙，保證熱界面材料與接觸面間的接觸熱阻很小；

(3)絕緣性；

(4)安裝簡便並具可拆性；

(5)適用性廣，既能被用來填充小空隙，也能填充大縫隙。