随着芯片技术的发展,电子元器件的芯片功率越来越大, 大家可以看到越来越多的芯片需要使用散热器来辅助散热, 尤其是CPU,GPU类芯片的散热器,体积越来越大,热管也来越多,工艺越来越复杂, 其目的都是为了将热量尽可能多的转移到散热器的翅片上,通过空气的自然或者强制对流将热量传递到空气中去, 其中里面的导热界面材料也越来越受到大家的关注,不同的导热材料的价格不同,应用范围也不尽相同, 好的导热界面材料可以有效降低散热器热阻,从而有效降低芯片内部的温度。
导热界面材料的作用:主要用于填补两种材料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。 我们将散热器和芯片表面贴合时,表面上看完全接触上了, 实际从微观层面上存在许多凹凸不平的空隙, 有研究表明实际接触面积大约只占其接触整体尺寸的十分之一,其余空隙部分被空气所占领, 而空气的热导率非常低,只有0.025w/m.K, 而其缝隙被导热材料占据后, 导热材料的传导率在3~30w不等, 可以显著降低界面热阻。增加传热效率。
导热界面材料的种类有以下几种
1. 导热灌封胶,
主要用于模块的整体封装,目的是为了产品的绝缘以及导热,其产品特点:
- 导热灌封胶主要用途包括电子元器件、电源模块,高频变压器,传感器,电路板等产品,用于绝缘导热灌封。
- 导热灌封胶具有优良的电绝缘性能,能够抵抗环境污染,并保护敏感电路及元器件免受应力、震动和潮湿等环境因素的影响。
- 导热灌封胶具有耐候性,能够在各种环境下长期保持稳定,如高温、低温、恒湿度以及户外的酸碱雨、阳光、风雪等条件。并且,导热灌封胶还具有耐紫外线、高阻燃、高酸碱等性能。
- 导热灌封胶还具有防水防潮、防尘、导热和保密等特性,并且在很宽的温度范围内保持橡胶弹性,如-60℃至250℃。
- 导热灌封胶适用于大功率电子元器件和动力电池系统,对散热和耐温有较高要求的模块和线路板提供灌封保护。
2. 导热硅脂:
俗称导热膏, 电脑装机的时候,CPU和散热器之间涂的即为导热硅脂,具有一定流动性或呈黏稠状的膏状物,用于填充微小间隙,比如将膏体涂覆在CPU和散热器之间,发热堆和壳体之间,将空气挤压出去,形成散热通道,有的导热膏在使用中厚度可以薄至0.1mm, 其流动性较好,有较高的传热系数,是电子产品理想的导热介质, 但价格较为昂贵,一般用于CPU,GPU等功率密度较大的芯片。
3. 导热胶垫
业界俗称导热pad, 是一种柔性可压缩的弹性材料,在施加一定压力的情况下,能很好地顺应接触不规则的表面,填补固体间的空隙,而又不会对元器件造成污染,用于电子电器产品的控制主板、LED散热、电机内外部垫脚、锂电池热管理等, 在服务器中,PCH芯片,VR供电芯片和散热片之间通常使用导热pad进行导热,导热pad在服务器中使用厚度一般为1~2mm 理论上可以重复使用, 但性能会有一定程度的下降,主要是受到压缩后,回弹性能下降。其导热系数一般在3~10w之间,个别高性能的可以到达几十w。
4. 导热相变材料
导热相变材料在常温时处于固态,在吸收功率器件热量后,达到一定温度才融化为液态,因此可以很好地浸润固体界面,从而减少热阻,它既能吸收热量,又有良好的传热性,综合了导热硅脂和导热胶垫的优势,既解决了硅脂涂抹操作难的问题,也解决了导热胶垫因为厚度和界面热阻带来的导热效果的问题。导热硅脂还有一个比较优秀的特点,是不会对芯片表面产生划伤, 尤其是GPU等为裸die形式的芯片。
导热界面材料的主要技术指标: