熱界面材料用于填補兩個固體表面接觸時產生的微孔隙以及表面凹凸不平產生的空洞，創建一個高效的熱傳導路徑，從而顯著減少接觸面之間的熱阻。熱導率及熱阻都是熱界面材料中常常提及的物理量，接下來我們將一起探討這兩個概念及其在應用中的影響。
一、熱導率（又稱導熱系數） 熱導率是材料固有的熱物理性質，它描述的是熱量在材料內部傳播的效率，指的是單位時間單位溫度梯度下通過單位面積傳遞的熱量。熱導率越高，材料傳遞熱量的能力越強；熱導率越低，材料傳遞熱量的能力越差，從而可能引起溫升過高。目前，除液態金屬之外的大多數TIM均是由聚合物基體內添加導熱粒子構成，基體材料導熱性能較差，主要為復合材料提供填充界面間隙所需的流動性、彈性、黏性等，而填料的導熱性能和界面性質決定TIM的導熱性能。 基體材料是熱界面材料中重要的組成部分，其導熱性也會對熱界面材料的性能產生很大影響。相關研究表明：在同等填充量下，基體熱導率的微量提升就可以顯著改善熱界面材料整體熱導率。導熱粒子是熱量的主要傳載體，大致分為三類：碳質填料、金屬填料和陶瓷類填料。一般而言，填料的本征熱導率越高熱界面材料的導熱性能就越好。除填料本征熱導率外，填料含量、形狀、粒度、取向以及填料間的復配都會對材料的導熱性能產生一定的影響。 此外，界面熱阻也是影響熱界面材料熱導率的重要因素。對于復合材料自身來說，界面熱阻主要源于兩部分，一個是填料-填料之間的接觸熱阻，另一個是填料-基體之間的熱阻。填料的表面改性被認為是改善填料和基體之間界面相容性最有效的方法之一。改性常用硅烷偶聯劑，它同時含有硅官能團和碳官能團，具有有機和無機的共性，可以將表面極性差異很大的填料與有機基體界面有效偶聯，提高界面的粘接強度。二、熱阻 熱界面材料目的在于用于降低電子器件中固體界面的熱阻，但熱界面材料本身對熱流就有較強的阻礙作用，因此在考慮熱阻時，需要考慮上熱界面材料自身體積熱阻Rbulk以及熱界面材料與界面的接觸熱阻Rc。1、體積熱阻 熱阻是指特定厚度的材料對熱流的阻礙程度的測量值，對于均勻材料本身，熱阻與厚度成正比。對于非均勻材料，熱阻通常會隨厚度增加而增大，但可能不是線性關系。 在實際應用中，導熱系數并不能真實反應散熱效率，能夠真實反應散熱效率的其實是熱阻。以常見的熱界面材料硅脂為例，材料熱阻=硅脂厚度/導熱系數，熱阻反應的是整體的散熱效率，導熱系數只是反應硅脂本身的熱導性能，厚度則是涂抹在CPU上硅脂的厚薄程度。簡單的說，導熱系數越高的硅脂或是可以涂的越越薄的硅脂，它的熱阻就越低，導熱效率也就越好。當然，使用TIM（熱界面材料）的目的是用來減少接觸面之間的熱阻，在應用還需要把接觸熱阻的影響因素考慮上。2、接觸熱阻 當不同的表面相互接觸時熱量就會通過接觸面傳遞，理想的接觸表面要求一個面上的每個點在另一個面上都有與之相對應的接觸點，實際工程中很難找到兩個完美契合的表面，芯片表面或蓋板表面看起來很光滑，但對蓋板表面進行顯微鏡檢查依然可以得出典型的粗糙度輪廓，因此在兩個表面之間的接觸界面上會產生熱阻。此外，由于硅片與封裝基板間熱膨脹系數（CTE）不匹配，導致硅片或芯片在使用時翹曲，將進一步增加了界面熱阻。 表面平整度、表面粗糙度、夾緊壓力、材料厚度和壓縮彈性模量都對接觸熱阻有重要影響，這些表面條件隨將應用場景不同而有所變化，因此一個結構的總熱阻也因其應用不同而不同。例如兩接觸面越光滑，則空隙就越小、接觸面就越多，接觸熱阻就會降低。同樣的，如果兩個表面擠壓得更緊實，則空隙就越小、接觸面就越多，觸熱阻就會降低。三、減少總熱阻的方法 單一的TIM材料本身熱導率高，并不能保證散熱效果，如何實現更低的總熱阻才是獲得好的散熱效果的關鍵。 減少總熱阻主要通過如下幾個途徑，①增加熱界面材料和塊體傳熱和散熱材料的熱導率；②增加熱界面材料與界面的潤濕性或黏結性，以減小接觸熱阻；③增加器件如散熱器等的表面平整度，以減少界面厚度來減小傳熱距離；④減少熱管理封裝中界面的數量。聲明：作者分享這些素材的目的，主要是為了傳遞與交流科技行業的相關信息，而并非代表本平臺的立場。如果這些內容給您帶來了任何不適或誤解，請您及時與我們聯系，我們將盡快進行處理。如有侵權，請聯系作者，我們將及時處理。
來源：粉體圈
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