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标题: 导热介质材料 [打印本页]

作者: 彩云间 时间: 2011-5-1 08:36
标题: 导热介质材料
关于导热材料介绍的资料

导热介质材料.pdf (310.94 KB)

目录：
一.什么是导热介质材料?
二.为什么要用导热介质材料?
三.导热硅胶片的性能优点简述。
四.怎么使用导热硅胶片?
五.相变化材料的优点
六.GREASE的优点
七. 导热双面胶带的优点

一.什么是导热介质材料?
*导热介质材料是应用于热源与散热器之间,降低接触面热阻的一种导热材料.本身几乎没有热容.根据基材不同有导热硅胶片,相变化材料,GREASE(导热硅脂),导热双面胶等.
现在的大部分导热系数好的导热介质材料都含有一定量的硅油!
*导热介质材料只起到导热作用,在发热体与散热器件之间形成良好的导热通路，与散热片,结构固定件(风扇)等一起组成散热模
组.

二.为什么要用导热介质材料?
*选用导热硅胶片的最主要目的是减少热源表面与散热器件接触面之间产生的接触热阻.
接触热阻是因为相互接触物体接触面的粗糙度, 平面度,以及接触物质的表面处理方式而产生的在接触面之间因热量传递产生的热阻.
接触热阻会使得导热通道不顺畅,使得接触面产生热积聚,热源产生的热量不能迅速有效的传导到散热器表面,从而使得热源的温度上升更快,以及在面对热冲击状态下产生瞬时过热死机.
*导热介质材料可以很好的填充接触面的间隙,将空气挤出接触面,空气是热的不良导体,会严重阻碍热量在接触面之间的传递;有了导热硅胶片的补充,可以使接触面更好的充分接触，真正做到面对面的接触.在温度上的反应可以达到10度以上的温差。

三.导热硅胶片的性能优点
导热硅胶片相对于导热硅脂和导热双面胶有以下优势：
*导热系数的范围以及稳定度
*结构上工艺工差的弥合,降低散热器和散热结构件的工艺工差要求
*EMC，绝缘的性能
*减震吸音的效果
*安装，测试，可重复使用的便捷性
**导热系数的范围以及稳定度
导热硅胶片在导热系数方面可选择性较大,可以从0.8w/k.m ----3.0w/k.m以上，且性能稳定,长期使用可靠.
导热双面胶目前最高导热系数不超过1.0w/k-m的,导热效果不理想;
导热硅脂属常温固化工艺，在高温状态下易产生表面干裂，性能不稳定,容易挥发以及流动,导热能力会逐步下降,不利于长期的可靠系统运作.

**弥合结构工艺工差,降低散热器以及散热结构件的工艺工差要求导热硅胶片厚度,软硬度可根据设计的不同进行调节,因此在导热通道中可以弥合散热结构，芯片等尺寸工差,降低对结构设计中对散热器件接触面的工差要求,特别是对平面度,粗糙度的工差,目前行业内高良率的散热器加工尺寸工差为+/-0.25mm,平面度为0.15mm/30mmx30mm，如果提高加工精度则会在很大程度上提高产品成本，因此导热硅胶片可以充分增大发热体与散热器件的接触面积，降低了散热器的生产成本。
除了传统的PC行业，现在新的散热方案就是去掉传统的散热器，将结构件和散热器统一成散热结构件。在PCB布局中将散热芯片布局在背面，或在正面布局时，在需要散热的芯片周围开散热孔，将热量通过铜箔等导到PCB背面，然后通过导热硅胶片填充建立导热通道导到PCB下方或侧面的散热结构件（金属支架，金属外壳），对整体散热结构进行优化，同时也降低整个散热方案的成本。

**结构上工艺工差的弥合,降低散热器以及散热结构件的工艺工差要求导热双面胶因厚度原因只能在芯片表面与传统散热片粘合，一般来说，散热片的价格会高于导热介质材料，但进口导热介质材料因长期垄断等原因价格一直比较高。同时因为导热双面胶的厚度很小，一般在0.13mm以内，那样就对散热器的平面度要求比较高（在+/-0.1mm），也对芯片的焊接平面度提出了更精确的要求。
导热硅脂的使用也是必须要有散热器配合，而且对散热器表面的要求很高，一般涂导热硅脂对散热器接触面要求在+/-0.1mm以内，而且在侧面导热接触的状况下很难对多个需散热的元器件进行很好的充分接触。

**EMC，绝缘的性能
导热硅胶片因本身材料特性具有绝缘导热特性,对EMC具有很好的防护,由硅胶材质的原因不容易被刺穿和在受压状态下撕裂或破损,EMC可靠性就比较好。
导热双面胶因其材料本身特性的限制，它对EMC防护性能比较低，很多时候达不到客户需求，在使用时比较局限，一般只有在芯片本身做了绝缘处理或芯片表面做了EMC防护时才可以使用。
导热硅脂因材料特性本身的EMC防护性能也比较低，很多时候达不到客户需求，在使用时比较局限，一般只有芯片本身做了绝缘处理或芯片表面做了EMC防护才可以使用。

**减震吸音的效果
导热硅胶片的硅胶载体决定了会有很好弹性和压缩比，从而有很好减震效果，再调整密度和软硬度可以产生对低频电磁噪声起到很好的吸收作用。
导热双面胶的粘接使用方式决定了它不具有减震吸音效果。
导热硅脂硬接触使用方式决定了它不具有减震吸音效果。

**安装，测试，可重复使用的便捷性
导热硅胶片为稳定固态，被胶强度可选，拆卸方便；有弹性回复，可重复使用。
导热双面胶一旦使用，不易拆卸，存在损坏芯片和周围器件的风险，不易拆卸彻底。在刮彻底时，会刮伤芯片表面以及搽拭时带上粉尘，油污等干扰因素，不利于导热和可靠防护。
导热硅脂不能拆卸，必须小心翼翼的搽拭，也不易搽拭彻底，特别在更换导热介质测试中，会对测试数据的可靠性产生影响，从而影响工程师的判断。

四.如何使用导热硅胶片?
一般在设计初期就要将导热硅胶片加入到结构设计与硬件、电路设计中。考量因素一般有：导热系数考量、结构考量、EMC考量、减震吸音考量、安装测试等方面。
一.选择散热方案：
在机顶盒,PDP等消费性电子的散热方案中,一般采用被动散热方式,传统以散热方案为主;现趋势是取消散热片,采用结构散热件(今属支架,金属外壳);或散热片方案和散热结构件方案结合;在不同的系统要求和环境下,选择性价比最好的方案.
二.若采用散热片方案，不建议直接采用低导热能力的导热双面胶；也不建议采用不具备减震功能的导热硅脂；建议采用金属挂钩接或塑胶pushpin来操作，选用0.5mm厚度的导热硅胶片配合使用，这两种方案安装操作方便，还可以不使用被胶，散热效果会比导热双面胶好很多，更安全可靠。总的成本上包括单价，人力，设备会更有竞争力。

二.选择散热结构件类散热，则需要考虑散热结构件在接触面的结构形态局部突起、局部避位等，在结构工艺和导热硅胶片的尺寸选择上做好平衡。在工艺允许的条件下尽量建议不选择特别厚的导热硅胶片。这里一般为操作方便建议采用单面被胶，将带被胶面贴到散热结构件上；这里要特别选择压缩比好的，保证一定的压力给导热硅胶片。（导热硅胶片的厚度选择必须大于散热结构件与热源的理论间隙上限工差，一般可以多1mm---2mm。）选择散热结构件散热时也要在PCB布局时考虑元器件的位置，高低和封装形式，可以将一些热源放置规律，减少散热结构件成本。

三.导热系数选择
导热系数选择最主要还是要看热源功耗大小，以及散热器或散热结构的散热能力大小。
一般芯片温度规格参数比较低，或对温度比较敏感，或热流密度比较大（一般大于0.6w/cm3需要做散热处理，一般表面小于
0.04w/cm2时候都只需要自然对流处理就可以）这些芯片或热源都需要进行散热处理，并且尽量选择导热系数高点的导热硅胶片。消费电子行业一般不允许芯片结温高于85度，也建议控制芯片表面在高温测试时候小于75度，整个板卡的元器件也基本采用的是商业级元器件，所以系统内部温度常温下建议不超过50度。第一外观面，或终端客户受能接触的面建议温度在常温下得低于45度。选择导热系数较高的导热硅胶片可以满足设计要求和保留一些设计裕度。

一般芯片表面热流密度比较小，周围热源影响比较小，可以采用导热系数偏低的导热硅胶片以减小成本；导热系数高低是影响导热硅胶片成本的最大影响因数。尺寸大小，厚度大小都会影响产品成本。

四.其他参数的选择参考
导热硅胶片大小选择以覆盖热源为最佳选择，而不是覆盖散热器或散热结构件的接触面，选择尺寸比发热源大时并不会对散热有很大改善或提高。
导热硅胶片的厚度选择与产品的密度、硬度、压缩比等参数相关，建议样品测试后再确定具体参数。
击穿电压、介电常数、体积电阻、表面电阻率等则满足要求就可以，特别是满足波峰值大小为最佳。
考虑到产品费用分摊，降低成本等因素，建议在设计时选择导热硅胶片厂商现有的规格型号，直接选用常用规格，不进行特殊处理或形状，此时需对PCB布局、散热器形状、散热结构件形状等进行考量。
五.相变化导热介质材料的优点
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.

主要优缺点归类:

作者: LaLa 时间: 2011-5-1 08:36

下载下来看了看，还以为是各个型号导热材料的介绍呢。
可惜不是。没有太大的用处。

作者: liaozuqing 时间: 2021-11-12 16:55
很好，不错的资料，下载看看，感谢楼主分享，赞！！！

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