導熱界面材料(Thermal Interface Materials,TIM),是常見散熱方式中的一種,普遍用于IC封裝和電子散熱。散熱是一個經久不衰的話題,我們熟悉的手機、平板和電腦的正常運行就離不開各類導熱材料的熱傳導作用,尤其是當下隨著智能設備高性能化、輕薄化發展,對導熱材料要求不斷提高,導熱產品也在快速升級換代。
拆裝過電腦的人都知道,導熱硅脂是CPU散熱不可或缺的輔材,軟軟黏黏的,質地很像牙膏,它是連接CPU和散熱器之間的橋梁,作為一種填充物填滿散熱器與CPU之間的縫隙,將熱量傳導到散熱器,再由散熱器帶走熱量,從而實現降溫。
但是近幾年,智能設備和電子領域又冒出了一種新的導熱界面材料——導熱凝膠,同樣呈膏狀,已經逐漸在一些新產品上替代導熱硅脂,但由于外觀極為相似,很多人依舊把導熱凝膠認作導熱硅脂。
“導熱凝膠”和“導熱硅脂”的確有很多相似之處——
比如說外觀,二者都沒有固定形狀,只不過硅脂比較“稀”而導熱凝膠更“粘稠”而已。
導熱硅脂、導熱凝膠的外觀對比
再從構成上來看,這兩者都是把導熱填料填充進有機硅樹脂里面復合制備的產物,導熱填料的導熱性、填充量、與基體的相容度等影響著最終產品的導熱性能。
這兩者最大的區別就是:導熱硅脂是直接把導熱填料和短鏈小分子硅樹脂(俗稱硅油)混合;導熱凝膠則是先把那些硅油小分子交聯成超長鏈大分子,然后再和導熱填料混合。
導熱硅脂、導熱凝膠的微觀結構對比
對比而言,導熱凝膠比起導熱硅脂,更多的是改善了使用的可靠性的問題。
導熱硅脂的優點是:
1. 液態形式存在,具有良好潤濕性;
2. 導熱性性能好、耐高溫、耐老化和防水特性;
3. 不溶于水,不易被氧化;
4. 具備一定的潤滑性和電絕緣性;
但同時具有缺點:
1. 無法大面積涂抹,不可重復使用;
2. 產品長時間穩定性不佳,經過連續的熱循環后,會引起液體遷移,只剩下填充材料,喪失表面潤濕性,最終可能導致失效;
3. 由于界面兩邊的材料熱膨脹速率不同,造成一種“充氣”效應,導致熱阻增加,傳熱效率降低;
4. 始終液態,加工時難以控制,易造成污染其他部件及材料浪費,增加成本。
導熱凝膠相對于導熱硅脂,更容易操作。硅脂的一般使用方式是絲網或鋼板印刷,或是直接刷涂,對使用者和環境十分不友好,并且由于其具有一定的流淌性,一般不能用于厚度0.2mm以上的場合。而導熱凝膠有一定的附著性,可以壓縮成各種形狀,最低可以壓縮到幾百微米,而且不會有出油和變干的問題,在可靠性上具有一定的優勢。
另外導熱凝膠在連續化作業方面有一定的優勢,可以直接稱量使用,常用的連續化使用方式是點膠機,可以實現定點定量控制,節省人工同時也提升了生產效率。
導熱凝膠自動點膠機
導熱凝膠可以廣泛應用在電子、通訊、智能家居、汽車電子、無人機、光伏電池、LED照明、安防監控等領域。智能手機是導熱凝膠的主要應用市場之一,目前已導熱凝膠成為主流產品類型,隨著5G芯片的普及,導熱凝膠在智能手機領域的市場空間也將進一步擴大。
除智能手機外,5G技術的應用使得5G基站、平板電腦、智能家居等領域對散熱凝膠的需求也在不斷上升,總的來看,導熱凝膠市場前景廣闊。
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