在5G、新能源、電源以及光儲充這些蓬勃發(fā)展的領(lǐng)域，高效散熱是保障設(shè)備性能與可靠性的關(guān)鍵。這其中，導(dǎo)熱界面材料（TIM）扮演著不可或缺的角色。

在散熱器與熱源芯片、IC等器件在能量傳遞過程中，中間存在一個空氣界面，這個空氣界面的接觸熱阻比較大，這就需要使用導(dǎo)熱界面材料來實現(xiàn)熱通道的連接。為滿足不同應(yīng)用場景對高導(dǎo)熱、超低熱阻、高絕緣性、低硅氧烷等多樣化要求，業(yè)界需要更全面的導(dǎo)熱界面材料解決方案去解決散熱難題。

01 導(dǎo)熱材料散熱機理

導(dǎo)熱界面材料的性能與熱阻緊密相關(guān)。熱量從發(fā)熱源（如芯片）傳遞到散熱器，再散發(fā)到外部環(huán)境，這條路徑的通暢性至關(guān)重要。熱量傳遞需穿越三個關(guān)鍵接觸面：一是發(fā)熱源與TIM的接觸面；二是TIM材料本身；三是TIM與散熱器的接觸面，每個接觸面都會產(chǎn)生熱阻。
導(dǎo)熱界面材料的導(dǎo)熱機理公式為：

• k值代表TIM本身的導(dǎo)熱系數(shù)。
• BLT（Bond Line Thickness）指發(fā)熱源與散熱器之間的間隙厚度，這是影響熱阻的關(guān)鍵參數(shù)。在導(dǎo)熱系數(shù)（k）固定的情況下，極大地減小BLT（即縮短芯片到散熱器的距離） 是降低熱阻最直接有效的方法之一。BLT的尺寸控制往往取決于所用導(dǎo)熱填料的最大粒徑。
• Rc1 和 Rc2 分別代表TIM與發(fā)熱源、TIM與散熱器之間的接觸熱阻。這兩個參數(shù)反映了導(dǎo)熱材料與接觸表面的貼合程度，其大小與表面處理平整度、壓力、導(dǎo)熱材料特性等多種因素密切相關(guān)。

在應(yīng)用層面上，TIM1（涂覆在芯片與頂蓋/散熱器之間）和 TIM2（涂覆在頂蓋與最終散熱器之間）是經(jīng)典的應(yīng)用方式。

隨著技術(shù)發(fā)展，出現(xiàn)了更集成的TIM1.5方案，它直接在發(fā)熱源與最終散熱器之間使用單一高性能導(dǎo)熱界面材料，省去了中間環(huán)節(jié)。這種方案對導(dǎo)熱材料要求極高，通常需要選用高效的導(dǎo)熱硅脂、相變材料或碳纖維墊片等。

02 佳迪全部覆蓋并量產(chǎn)業(yè)內(nèi)6種主流導(dǎo)熱界面材料

東莞市佳迪新材料有限公司針對不同的應(yīng)用間隙（BLT），推出了六種導(dǎo)熱界面材料方案。

當(dāng)間隙較薄（0.2毫米以下）時，推薦使用導(dǎo)熱硅脂或相變材料，這兩種材料能較好地填充細(xì)微縫隙。

對于稍大的間隙（約0.1至2.0毫米），單組份或雙組份的導(dǎo)熱凝膠是合適的選擇，它們呈半固化狀態(tài)，兼顧了流動性和支撐性，填補了液態(tài)材料與較厚墊片之間的空白。

而當(dāng)間隙更大時，則主要使用固態(tài)的導(dǎo)熱墊片來提供穩(wěn)定填充和支撐；佳迪的導(dǎo)熱墊片產(chǎn)品線豐富，其導(dǎo)熱系數(shù)覆蓋1至35 W/mK范圍，可滿足不同散熱功率需求。

此外，對于需要超薄、高散熱且高絕緣的特殊場景，佳迪提供導(dǎo)熱矽膠布方案，其厚度可薄至0.15毫米，通過增強絕緣設(shè)計確保良好的電氣絕緣效果。

下面詳細(xì)介紹這六款導(dǎo)熱界面材料：

01導(dǎo)熱墊片

傳統(tǒng)導(dǎo)熱材料的熱量傳遞依賴無序的晶格碰撞，熱量向各個方向擴(kuò)散，散熱效率受限且無法定向傳導(dǎo)。而取向型導(dǎo)熱材料，例如碳纖維導(dǎo)熱墊片，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)規(guī)則排列，引導(dǎo)熱量高效地單向傳遞（散熱）。這種散熱設(shè)計不僅將導(dǎo)熱系數(shù)顯著提升至35W/mK甚至40 W/mK以上，同時，還具備更優(yōu)異的壓縮性能。

另一方面，為解決硅類材料導(dǎo)致的硅油遷移問題，特別是在安防鏡頭等對潔凈度要求極高的場合，非硅型導(dǎo)熱墊片和導(dǎo)熱硅脂被開發(fā)出來，有效避免了硅油污染敏感元件。

同時，為最大限度降低發(fā)熱源與散熱器界面間的接觸熱阻，佳迪推出了超柔導(dǎo)熱墊片。該導(dǎo)熱材料硬度極低，硬度僅為10至15度，能夠緊密地貼合接觸界面，顯著減少空氣間隙，從而提升整體散熱效率。

圖/佳迪

02/03 單組份和雙組份高導(dǎo)熱凝膠

單組份高導(dǎo)熱凝膠和雙組份高導(dǎo)熱凝膠的導(dǎo)熱系數(shù)分別為14W和12W，同時具備高擠出率，部分導(dǎo)熱材料使用了碳材料如金剛石等，而氧化鋁目前還無法達(dá)到如此高的導(dǎo)熱系數(shù)，這是佳迪在材料填充上的突破之一。

圖/佳迪

降低BLT是有效提升導(dǎo)熱材料散熱性能的關(guān)鍵。佳迪在單組份抗垂流導(dǎo)熱凝膠方面已實現(xiàn)150 ℃、1000小時無開裂、無滑移，顯著延長客戶端使用壽命。兩款導(dǎo)熱凝膠具備以下四個優(yōu)點：一是高導(dǎo)熱率；二是高擠出率，易點膠；三是高可靠性，抗垂流；四是絕緣。

04導(dǎo)熱硅脂

國內(nèi)外主流的導(dǎo)熱硅脂方案共六類，佳迪已全部覆蓋并量產(chǎn)：

1.高觸變型：1~2W導(dǎo)熱硅脂：高觸變，低粘度，觸變指數(shù)可達(dá)到7.0，粘度60000mpa·s，適用于絲網(wǎng)印刷工藝。

2.超低熱阻型：3W絕緣導(dǎo)熱硅脂：熱阻0.006℃·in2/W@40psi.

3.高效散熱型：1)4.2W導(dǎo)熱硅脂：熱阻0.01℃·in2/W@40psi；

2)5.0W導(dǎo)熱硅脂：熱阻0.008℃·in2/W@40psi。

3)5.7W導(dǎo)熱硅脂：熱阻0.013℃·in2/W@40psi。

4.耐高溫型：3W規(guī)格可在170 ℃高溫不變干，高于國內(nèi)目前同等散熱的125~150 ℃標(biāo)準(zhǔn)。

5.絕緣高導(dǎo)熱型：6W導(dǎo)熱硅脂：絕緣，擊穿電壓5KV/mm,熱阻0.02℃·in2/W@40psi。

6.抗溢流型：特殊流變改性，抑制硅脂在熱循環(huán)中的溢出和泵出。

05導(dǎo)熱相變材料

導(dǎo)熱相變材料用于服務(wù)器CPU/GPU、高功率IGBT等需低熱阻且可反復(fù)壓縮的場景，該導(dǎo)熱材料痛點為高溫熔融后易溢出、相變循環(huán)次數(shù)有限導(dǎo)致長期熱阻升高。

佳迪的導(dǎo)熱相變材料覆蓋3~6 W系列，常溫下呈片狀固體或膏狀，45 ℃左右軟化成低黏度液態(tài)，迅速填充微觀空隙，消除界面熱阻，實現(xiàn)高效散熱。

06導(dǎo)熱矽膠布

導(dǎo)熱矽膠布用于電源、電機等需絕緣且?guī)щ妷旱纳峤缑妫袋c是熱阻相對比較高。

導(dǎo)熱矽膠布為滿足超薄、散熱與高絕緣需求，通常以玻纖或PI膜增強。雖然熱阻會因增強層略有上升，但在0.15 mm厚度下仍可保持5–7 kV擊穿強度，在要求“又薄又絕緣又散熱”的場景具有不可替代的優(yōu)勢。

03 導(dǎo)熱灌封膠的可靠性研究：150℃膨脹力飆升83倍！

大功率電源散熱問題嚴(yán)峻，一般普遍采用導(dǎo)熱灌封膠，但在終端使用中，消費者常在1–3年內(nèi)遇到失效問題。對此，佳迪推出兼具低吸水率、抗硫蒸汽滲透、自粘性、高效散熱及低密度的導(dǎo)熱灌封膠。

據(jù)其分析，在大功率電源中，傳統(tǒng)的導(dǎo)熱灌封膠的失效原因如下：

1.潮濕滲透：大功率電源多為淺層灌封，膠層較薄，在冷熱交替及高溫高濕環(huán)境下，水汽逐漸滲入，累積至一定程度后引發(fā)短路。

2.硫腐蝕：線路板含硫成分揮發(fā)，穿透膠體后腐蝕銀層，導(dǎo)致電性能下降。

針對上述失效原因，佳迪提出了以下關(guān)鍵的散熱技術(shù)解決方案：

1.低吸水率：將吸水率降至0.05%以下，使水汽在高溫高濕環(huán)境下難以穿透膠體，顯著延長元件壽命。

2.抗硫蒸汽：優(yōu)化膠體分子結(jié)構(gòu)使其致密化，有效阻隔含硫氣體滲透，避免銀層發(fā)生硫化腐蝕。

3.自粘性：對PCB、金屬、塑料等多種基材實現(xiàn)可靠粘接，消除界面微通道，進(jìn)一步阻隔水汽。

值得一提的是，低熱膨脹率是導(dǎo)熱灌封膠的重要研究方向。針對導(dǎo)熱灌封膠的膨脹應(yīng)力特性，實驗分開放環(huán)境與密閉環(huán)境兩類場景展開測試。

開放環(huán)境測試方面，在恒溫恒濕條件（25±2℃，濕度50-70% RH）下進(jìn)行，采用尺寸為80×30×30mm的樣品，單面裸露面積為80×30mm。

測試時將溫度升至150℃并持續(xù)監(jiān)測應(yīng)力變化。實驗數(shù)據(jù)顯示，初始應(yīng)力為0.002 MPa，隨溫度升高應(yīng)力快速上升：30分鐘時達(dá)0.027 MPa，60分鐘增至0.036 MPa。90分鐘后應(yīng)力趨于穩(wěn)定，120分鐘時定格于0.045 MPa，表明導(dǎo)熱材料在高溫開放環(huán)境中膨脹應(yīng)力存在飽和閾值。

此外，1.5W導(dǎo)熱灌封膠在測試中表現(xiàn)出0.2056mm的線性膨脹量，其板量應(yīng)力為0.178 MPa。

密閉環(huán)境測試方面，通過專用膨脹力測試儀完成。樣品體積約145 cm³，注模密封后置于測試儀加熱槽內(nèi)，逐步升溫并記錄數(shù)據(jù)。實驗結(jié)果揭示膨脹力對溫度高度敏感：40℃時僅19 kg，80℃驟增至550 kg，120℃突破1113 kg，150℃時高達(dá)1593 kg。

值得注意的是，150℃下的膨脹力較40℃增長約83倍，凸顯溫度對密閉空間內(nèi)導(dǎo)熱材料膨脹的極端影響。

綜上所述，兩類實驗環(huán)境均證實：高溫會顯著加劇導(dǎo)熱灌封膠的膨脹應(yīng)力，尤其在密閉條件下，膨脹力呈現(xiàn)指數(shù)級飆升。這不僅驗證了低熱膨脹率研究的緊迫性，更明確提示——優(yōu)化導(dǎo)熱材料的熱膨脹性能，是抑制應(yīng)力積累、保障大功率電源長期可靠運行的關(guān)鍵所在。

結(jié)語

隨著5G通信、新能源以及高功率電子設(shè)備的快速發(fā)展，散熱管理面臨著更加嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)。導(dǎo)熱界面材料不僅需要具備高導(dǎo)熱性，還必須兼顧環(huán)境適應(yīng)性和長期可靠性，以滿足復(fù)雜的應(yīng)用需求。

佳迪針對不同的應(yīng)用場景，精心推出了六大主流導(dǎo)熱界面材料和導(dǎo)熱灌封膠產(chǎn)品。這些導(dǎo)熱產(chǎn)品憑借其卓越的性能，能夠為客戶提供全面且精準(zhǔn)的散熱解決方案。隨著國產(chǎn)材料技術(shù)的持續(xù)迭代與升級，全場景適配能力正逐漸成為行業(yè)競爭的關(guān)鍵維度。