幾種常見(jiàn)導(dǎo)熱材料優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

熱管理 2021-05-14

說(shuō)到散熱系統(tǒng)，大多數(shù)人想到的是風(fēng)扇和散熱片，往往忽視了其中一個(gè)不是很起眼但會(huì)起到重要作用的媒介物——導(dǎo)熱介質(zhì)。今天與大家分享一下導(dǎo)熱介質(zhì)存在的必要性以及常見(jiàn)的導(dǎo)熱材料性能特點(diǎn)。

導(dǎo)熱材料存在的必要性：

由于機(jī)械加工不可能做出理想化的平整面，因此CPU、芯片等與散熱器之間存在很多溝壑或空隙，因空氣是熱的不良導(dǎo)體，空氣間隙會(huì)嚴(yán)重影響散熱效率，使散熱器的性能大打折扣，甚至無(wú)法發(fā)揮作用。因此，導(dǎo)熱材料便應(yīng)運(yùn)而生。

導(dǎo)熱材料的作用是填充處理器與散熱器之間大大小小的空氣，增大發(fā)熱源與散熱片的接觸面積，減少空氣熱阻，提高散熱效率。

常見(jiàn)的導(dǎo)熱材料有哪些？各自有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

1. 導(dǎo)熱硅脂：

導(dǎo)熱硅脂又叫做散熱硅脂、導(dǎo)熱膏等，是目前應(yīng)用最廣泛的的一種導(dǎo)熱介質(zhì)，材質(zhì)為膏狀液態(tài)，它是以硅油為原料，并添加增稠劑等填充劑，在經(jīng)過(guò)加熱減壓、研磨等工藝之后形成的一種酯狀物，該物質(zhì)有一定的黏稠度，沒(méi)有明顯的顆粒感。可以有效的填充各種縫隙；主要應(yīng)用環(huán)境：高功率的發(fā)熱元器件與散熱器之間。

優(yōu)點(diǎn)：

(1) 液態(tài)形式存在，具有良好潤(rùn)濕性；

(2) 導(dǎo)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(rùn)滑性和電絕緣性；

(5) 成本低廉。

缺點(diǎn)：

(1) 無(wú)法大面積涂抹，不可重復(fù)使用；

2) 產(chǎn)品長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性不佳，經(jīng)過(guò)連續(xù)的熱循環(huán)后，會(huì)引起液體遷移，只剩下填充材料，喪失表面潤(rùn)濕性，最終可能導(dǎo)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(yīng)，導(dǎo)致熱阻增加，傳熱效率降低；

(4) 始終液態(tài)，加工時(shí)難以控制，易造成污染其他部件及材料浪費(fèi)，增加成本。

2. 導(dǎo)熱墊片：

導(dǎo)熱墊片，用于填充發(fā)熱器件和散熱片或金屬底座之間的空氣間隙，它們的柔性、彈性特征使其能夠用于覆蓋非常不平整的表面。熱量從分離器件或整個(gè)PCB傳導(dǎo)到金屬外殼或擴(kuò)散板上，從而能提高發(fā)熱電子組件的效率和使用壽命。

在墊片的使用中，壓力和溫度二者是相互制約的，隨著溫度的升高，在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，墊片材料發(fā)生軟化、蠕變、應(yīng)力松弛現(xiàn)象，機(jī)械強(qiáng)度也會(huì)下降，密封的壓力降低。

優(yōu)點(diǎn)：

(1) 預(yù)成型的導(dǎo)熱材料，具有安裝、測(cè)試、可重復(fù)使用的便捷性；

(2) 柔軟有彈性，壓縮性好，能夠覆蓋非常不平整的表面；

(3) 低壓下具有緩沖、減震吸音的效果。

(4) 良好的導(dǎo)熱能力和高等級(jí)的耐壓絕緣；

(5) 性能穩(wěn)定，高溫時(shí)不會(huì)滲油，清潔度高。

缺點(diǎn)：

(1) 厚度和形狀預(yù)先設(shè)定，使用時(shí)會(huì)受到厚度和形狀限制；

(2) 厚度較高，厚度0.5mm以下的導(dǎo)熱硅膠片工藝復(fù)雜，熱阻相對(duì)較高；

(3) 相比導(dǎo)熱硅脂，導(dǎo)熱墊片導(dǎo)熱系數(shù)稍低；

(4) 相比導(dǎo)熱硅脂，導(dǎo)熱墊片價(jià)格稍高。

3. 相變導(dǎo)熱材料：

相變導(dǎo)熱材料，是指隨溫度變化而改變形態(tài)并能提供潛熱的物質(zhì)。相變化材料由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)或由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的過(guò)程稱為相變過(guò)程。KY相變導(dǎo)熱材料，相變溫度45°C，導(dǎo)熱性能優(yōu)越，并且改善了微處理器，存儲(chǔ)器模塊DC/DC轉(zhuǎn)換器和功率模塊的可靠性。

優(yōu)點(diǎn)：

(1) 可返修，可重復(fù)使用，涂覆厚度及形狀可按需控制；

(2) 室溫下為固體，但在設(shè)備運(yùn)行期間熔化填補(bǔ)微間隙（不垂流）；

(3) 導(dǎo)熱效果相當(dāng)于傳統(tǒng)導(dǎo)熱硅脂，性能更好；

(4) 極好的硅脂替代品，不存在傳統(tǒng)硅脂硅油揮發(fā)變干老化的現(xiàn)象。

(5) 無(wú)一般硅脂的溢膠現(xiàn)象。

(6) 與導(dǎo)熱硅脂相比，不存在“充氣”效應(yīng)，長(zhǎng)期使用具有高度可靠性；

(7) 可點(diǎn)膠、絲網(wǎng)印刷、手動(dòng)涂覆，可完全自動(dòng)化操作，大幅提高生產(chǎn)量；

(8) 環(huán)保，符合Rohs標(biāo)準(zhǔn)。

4. 導(dǎo)熱膠：

導(dǎo)熱膠，又稱導(dǎo)熱硅膠，是以有機(jī)硅膠為主體，添加填充料、導(dǎo)熱材料等高分子材料，混煉而成的硅膠，具有較好的導(dǎo)熱、電絕緣性能，廣泛用于電子元器件。

優(yōu)點(diǎn)：

(1) 熱界面材料，會(huì)固化，具有粘接性能，粘接強(qiáng)度高；

(2) 固化后呈彈性體，抗沖擊、抗震動(dòng)；

(3) 固化物具有良好的導(dǎo)熱、散熱功能；

(4) 優(yōu)異的耐高低溫性能和電氣性能。

缺點(diǎn)：

(1) 不可重復(fù)使用；

(2) 填縫間隙一般。

5. 導(dǎo)熱灌封膠：

導(dǎo)熱灌封膠，常見(jiàn)的分為有機(jī)硅橡膠體系和環(huán)氧體系，有機(jī)硅體系軟質(zhì)彈性，環(huán)氧體系硬質(zhì)剛性；可滿足較大深度的導(dǎo)熱灌封要求。提升對(duì)外部震動(dòng)的抵抗性，改善內(nèi)部元器件與電路之間的絕緣防水性能。

優(yōu)點(diǎn)：

(1) 具備很好的防水密封效果；

(2) 優(yōu)秀的電氣性能和絕緣性能；

(3) 固化后可拆卸返修；

缺點(diǎn)：

(1) 導(dǎo)熱效果一般；

(4) 工藝相對(duì)復(fù)雜；

(5) 粘接性能較差；

(6) 清潔度一般。

6. 導(dǎo)熱膠帶：