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随着电子设备不断将更强大的功能集成到更小的组件中,设计空间尺寸越来越小,大型散热部件的应用受到了限制。元器件使用过程中产生的热能日益增长,如不能及时散热,温度的升高会导致器件门延迟增加,运行速度减慢,器件可靠性下降,寿命缩短。因此,在架构紧缩、操作空间越来越小的情况下,如何有效地从产生更高温度的元件中移走大量的热,以确保器件足够的工作和服务寿命,已成为电气设计中急需解决的问题。
导热界面材料(Thermal Interface Materials,TIM)是决定电子产品散热效率高低的关键材料,广泛应用于各种领域,例如集成电路、移动终端、通讯设备、汽车、电源、LED照明等,为功率器件和散热元件提供有效的热传导途径。根据实际应用的不同,导热界面材料有多种产品形式:导热膏、软性导热垫片、导热相变材料、导热凝胶、导热泥、粘合剂和密封剂等。
图1 元器件和散热片之间的空隙
机械加工的金属(词条“金属”由行业大百科提供)部件表面不可能完全光滑,其平整度取决于模具精度,且只能控制在有限的限度内。无论是同种材料还是两种不同的材料,即使材料表面平整度很好或施加很大的扣合压力,仍无法达到紧密接触。从显微镜中可以看到处理器表面和热沉底面的各种细小坑槽和起伏不平。这些表面瑕疵造成元器件和散热片不能充分接触,在界面间形成空隙。
从图1可以看到,无导热界面材料填充的两接触表面间的空隙中超过 90% 是空气。空气是热的不良导体,会严重阻碍接触界面的热量传递,这些看似微细的空隙足以令散热设施形同虚设。使用热界面材料的目的就是为了填充接触面的空隙,降低接触热阻(词条“热阻”由行业大百科提供),提高传热效率。接下来我们准备用一系列的文章简单介绍各种导热界面材料的分类、特性,分析它们之间的优缺点和适用场合,以及如何正确地选用导热界面材料。
导热界面材料的传热效率一般是以热阻来表征,它是导热界面材料本身的热阻抗及其与两个接触界面的接触热阻之和:
其中,RTIM是导热界面材料的热阻抗,RC1和RC2分别是导热界面材料与两个接触表面的热阻抗,BLT是导热界面材料的接合胶层厚度,亦即两个接触表面之间的空隙区域,KTIM则是导热界面材料本身的热传导(词条“传导”由行业大百科提供)系数。可见,为了达到理想的热传导效果,应该最大限度地减小RTIM,这可以通过降低接合胶层厚度(提高接触界面之间的接合压力)、降低接触热阻和提高导热界面材料的导热系数来实现。
在实际的工艺环境下,这些参数会互相影响,针对特定的应用还涉及到材料之间的稳定性和匹配性问题,因此需要设计开发者进行深入的研究,才能实现导热界面材料最佳的使用性能。广州市白云化工实业有限公司一直致力于导热界面材料产品的研究和开发,针对不同应用领域的需求特点,为用户提供导热硅脂、导热粘接胶、导热泥、导热凝胶等各种类型的导热界面材料产品和系统用胶解决方案,与您携手,共享美好未来。