​热界面材料

什么是热界面材料？

具有高散热等级的大功率电子元件（单芯片、多芯片模块、集成电路等）的成功热管理需要仔细的设计工程。电子冷却最重要的目标是保持结温不超过规定水平。结温可以很好地预测组件的使用寿命。热界面材料桥接热组件和机箱或散热器组件之间的界面。传热增加，组件保持凉爽。一个例子是间隙填充垫在两个或多个固体表面之间传递热量。

它们是如何工作的？

实验室配制的材料被制造并插入零件之间以增强热耦合。大多数应用都涉及散热。当两个表面接合时，粗糙的表面会在它们之间产生绝缘气隙。由于空气的低导热性，这些间隙对热传递产生了热障。由于存在比界面中的空气具有显着更高热导率的工程材料，热量将更快地传递和去除。因此，该材料有助于最大限度地减少热流入、通过和流出界面的阻力。

什么是常见用途？

●硅胶导热片——这些材料可以提供极高的导热性和柔软性的独特组合。组合功能可减少机械应力，同时保持热性能。一些产品不含有机硅，是某些应用的理想情况，有些产品没有油渗出。一个例子是在密集封装的 PCB 中传递热量的无硅导热片。

●导热硅凝胶——例如液体腻子填缝剂、导热膏、凝胶和油脂。它们通常是不导电的。腻子用于填充不规则或不寻常表面之间或不相互接触的表面之间存在的间隙。导热硅凝胶的一个流行应用是手持游戏系统。易碎组件、设计密度和高工作温度是需要解决的常见问题。

●相变——所有类型的服务器和计算机中的组件通过相变材料实现了更高的处理速度、整体功能和可靠性改进。它们利用熔化潜热来吸收热量，但它们只改变一次相，以使材料填满所有角落和缝隙。可丝网印刷的配方提供相变材料的可靠性和性能，并以低成本处理导热油脂。

●自动化支持——通过机器人运动控制的进步，用户现在可以自动化所有形式的热界面材料的应用。这些开创性的应用程序为任何应用程序流程增加了速度、可靠性和快速的投资回报率，同时降低了总体成本。

●电气绝缘——电气隔离在许多应用中都是一个关键的设计考虑因素。只要可靠性、抗穿透性和导热性是关键因素，电绝缘产品就可以提供解决方案。军事和航空航天应用就是例子。

热管理材料常见问题知识点

热管理材料的应用可提升产品使用性能，提高稳定性、安全性，延长产品的使用寿命，以新能源汽车为例可定制产品通过管理电池、充电器、电机和电力电子设备中的热量，帮助电动汽车行驶更长时间、充电更快并具有更高的可靠性。

什么是UL等级或认证？

UL认证是信任的象征。UL 实验室开发了全面的测试来确定聚合物材料的机械、物理和电气特性，确保它们在电气设备中的使用是安全的。几个适用的 UL 标准管理热管理材料的易燃性要求和其他特定材料行为。测试后，将性能级别类别 (PLC)分配给测试材料。三种常见的 UL 标准认证的热界面材料符合UL94易燃性测试、UL746A聚合物材料-短期性能评估和 UL746B 聚合物长期性能评估。该认证不仅可确保最佳安全性，还可确保长期性能。

如何提高固化速度（填缝剂、灌封材料或粘合剂）？

要提高大多数填缝剂、灌封材料和/或粘合剂的固化速度，需要提高应用材料的部件的温度。这可以使用烤箱、加热灯或感应加热来完成。可以将部件预热到所需温度，或者可以先分配材料，然后再加热部件。一般的经验法则是，温度每升高 10 摄氏度，固化速度大约会加倍。值得注意的是，对于刚性材料，提高固化速度会增加材料产生高内应力的风险，这可能会降低其机械强度以及抵抗热和/或机械冲击的能力。

导热材料是电绝缘的吗？

由于使用氧化物或氮化物材料（例如氧化铝和铝、硼或硅的氮化物）作为导热填料，大多数导热灌封材料、间隙填料和粘合剂都是电绝缘的。有一些主要用于微电子行业的热界面材料 (TIM) 由于使用金属填料（例如铝或银）而具有一定的导电性。这些 TIM 主要用作低电压或电耗散应用中的底部填充物，因为这些材料不具有引线键合或焊接连接的高导电性。

什么是热界面材料？

热界面材料 (TIM) 是一种用于在两个基板之间传递热量的热管理材料。通常，TIM 专用于在非常薄的粘合线中分配并直接分配到单个电子元件上或散热器和散热器之间的材料。TIM 有 4 个主要类别——粘合剂、凝胶、润滑脂和填缝剂。粘合剂需要固化，不易被泵出，并且由于其出色的附着力而通常不可返工。凝胶也需要固化，不易被泵出，并且可以返工。润滑脂是可再加工的，它们不需要固化，这使得它们容易被泵出和相分离。间隙填料比凝胶稍硬，最小粘合线更厚，但它们与凝胶具有前面提到的其他特性。

为什么需要热界面材料？

即使当两个基材看似接触时，也会存在肉眼不可见的微小表面缺陷，并在基材之间留下气穴。当试图将热量从电子元件传递到散热器时，这些基板之间的空气将充当热绝缘体，这意味着热量不会从热元件快速传递到散热器，从而损坏组件并最终降低其生活。然而，热界面材料用导热材料填充这些微小的气穴，使热量迅速从热的电子设备传递到散热器。

什么是导热系数？

热导率是衡量材料传热能力的指标。它表示为变量“k”，通常以 W/(m·K) 为单位进行测量。分解单位，热导率是对距离 (m) 和温度梯度 (K) 上的热流 (W) 的度量。温度梯度越大或距离越短，热量传递的速度就越快。