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导热界面材料及其在电子散热中的应用

作者:信息发布员 来源:东莞市华圳电子科技有限公司 时间:2020/4/26 10:59:15

随着功能和功率的提高,热管理技术的要求越来越高。电子产品各个元件的散热不仅与发热元件本身有关,还和元件间互联密度和界面接触材料的热传导特性有很大的关系。因此,热界面材料成为了影响热管理技术未来发展的关键技术之一。下面从5方面介绍导热界面材料。

1、什么是导热界面材料

2、导热界面材料有何用

3、导热界面材料基本特性

4、导热界面材料产品

5、导热界面材料在电子产品上的应用


1、什么是导热界面材料

导热界面材料(Thermal Interface Materials,TIM),也叫界面导热材料。是一种普遍用于IC封装和电子散热的材料,主要用于填补两种材料接合或接触时产生的微空隙和表面凹凸不平的孔洞,减少传热热阻,提高散热性能。

2、导热界面材料有何用

导热界面材料是影响热效率高低的关键材料。

在微电子材料表面和散热器之间存在极细微的凹凸不平的空隙,如果将他们直接安装在一起,它们间的实际接触面积只有散热器底座面积的10%,其余均为空气间隙。因为空气热导率只有0.025W/(m.K),是热的不良导体,将导致电子元件与散热器间的接触热阻非常大,严重阻碍了热量的传导,最终造成散热器的效能低下。使用具有高导热性的热界面材料填充满这些间隙,排除其中的空气,在电子元件和散热器间建立有效的热传导通道,可以大幅度低接触热阻,使散热器的作用得到充分地发挥,并保证电子器件可以在适宜的温度范围内工作,保证电子器件性能的正常发挥。


3、导热界面材料基本特性

  • 可压缩性和柔软性

  • 高热传导性

  • 低热阻尼

  • 表面湿润性

  • 适当粘性

  • 对扣合压力的敏感性要高

  • 使用方便

  • 可以重复使用

  • 冷热循环稳定性好

  • 绝缘性

4、导热界面材料产品

市面上和工程上常用的导热界面材料有下面五种:

1、导热膏 

2、导热硅胶片 

3、导热相变化材料

4、导热双面贴 

5、导热石墨片。

4.1导热膏

导热膏,也称导热硅脂,以有机硅酮为主要原料,添加耐热、导热性能优异的材料,制成的导热型有机硅脂状复合物。性价比高,在电子散热中最常见的导热材料。但是操作不方便,一般的导热膏会有硅油析出,时间长了会干,使用年限长的产品不建议使用导热膏。

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4.2导热硅胶片

以硅胶为基材,添加金属氧化物等各种辅材,通过特殊工艺合成的一种导热介质材料。在业内,又称为导热硅胶垫,导热矽胶片,软性导热垫等等,是专门为利用缝隙传递热量的设计方案生产,能够填充缝隙,完成发热部位与散热部位间的热传递。同时还起到绝缘、减震、密封等作用,能够满足设备小型化及超薄化的设计要求,是极具工艺性和使用性,且厚度适用范围广,是一种极佳的导热填充材料。


4.3导热相变化材料

相变化材料(PCM, Phase Change Material)是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。相变化材料由固态变为液态或由液态变为固态的过程称为相变过程,这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。

相变化材料现在主要是固固相变,在面对热冲击的状况下,可以通过相变化,吸收一定的热量,减缓大热流密度的冲击。就像在导热通道上加了一个蓄水池。现在市场上的相变化材料的相变温度大概是在45℃---50 ℃左右。相变化材料主要应用与类似CPU等存在瞬时大热流密度的热源上,可以起到很好保护作用,特别是在开机或重新启动的瞬间。但是不易于保存以及安装,有硅油析出,影响照明设备的光效。其可靠性不好,长期在高温下,其性能会下降,一般使用2年,性能下降约 40%---70%。


4.4导热双面贴

导热双面贴又称导热胶带,是由压克力聚合物填充导热陶瓷粉末,与有机硅胶粘剂复合而成。具有高导热和绝缘的特性,并具有柔软性、压缩性、服帖性、强粘性。适应温度范围大,可填补不平整的表面,能紧密牢固地贴合热源器件和散热片,将热量快速传导出去。

一般粘接其他散热片与发热设备的用法很便捷,将导热双面贴置于发热片与散热片之间,加力压紧,散热片即被牢牢固定在发热片上,使用简单便捷,利于提高生产效率。其散热效果比一般的散热贴纸效果明显,大大提升了元件的寿命,是一些高端且需导热的电子产品的首选。但是对粘接的表面要求高,印刷和电镀的表面不宜用。

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4.5导热石墨片

导热石墨片是一种全新的导热散热材料,沿两个方向均匀导热,屏蔽热源与组件的同时改进消费类电子产品的性能。散热效率高、占用空间小、重量轻,沿两个方向均匀导热,消除“热点”区域,屏蔽热源与组件的同时改进消费类电子产品的性能。

导热系数高、材料比较薄、性价比高、纵向导热性能超强,能够迅速消除热点区域。但是不绝缘、材料比较脆、冲型时损耗大。

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5、导热界面材料在电子产品上的应用

  1. LED照明:射灯、显示屏、吊灯、舞台灯、路灯等

  2. 电脑:显卡、CPU、笔记本、电脑、音响、电视机等

  3. 家用电器:冰箱、洗衣机、微波炉等

  4. 其他电子仪器:医疗器械、航空、汽车、电源、打印机等

 

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