热界面材料及其应用

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热界面材料及其应用

陈文媛 杨邦朝 胡永达 (电子科技大学微电子与固体电子学院， 成都610054)
摘要：热界面材料(Thermal Interface Materials)是一种普遍用于IC封装和电子散热的材料，主要用于填补两种材料接合或接触时产生的微空隙及表面凹凸不平的孔洞，减少热传递的阻抗，提高散热性。近年来，随着Ic晶片的发热量及热流量越来越高，如何有效降低晶片到基板或到散热装置的热阻抗变得相当关键。因此，热界面材料在电子散热方面所扮演的角色越来越显得重要。在特定产品的热管理设计程序的元件整合部分中，最关键的步骤就是选择最合适的热界面材料。
本文主要介绍热界面材料的重要性、分类、特性及影响材料性质的一些重要参数，以及选择热界面材料时应注意的事项。
关键词：热界面材料、电子散热、热阻值、热阻抗值、热传导值


1前言
随着各种电子产品在其向短、小、轻、薄发展的同时， 电子产品在高功能、高传输速率下工作，各种元件(如CPU等)的工作温度相对大幅升高。因此，电子元件与整机的发热功率也越来越大。通常，传统元件发
热功率较小时，其解决散热方式主要依靠加装散热片或风扇来提高散热效率。这时，对于接触热阻、扩散热阻等重要因素常被忽略。
然而，随着整机功能及功率的提高，热管理技术的要求相对也越来越苛刻。在电子产品各个元器件由内向外散热途径中，除了要求发热元件本身应具备低热阻特性及充分使用高效率的散热元件之外，还与各个材料将成为热管理组装技术在未来发展的关键技术之一。
元件间互联密度和界面接触材料的热传导性能的优劣有很大关系。因此，热界面在电子产品元件间的散热途径中，热界面材料(Thermal Interface Materials； TIM )是决定散热功率高低的关键材料。现行标准机械抛光的表面呈现出粗糙及波纹状的形态，造成散热途径的界面间实际接触点减少， 因而界面热阻值升高。要解决此问题，主要有以下几个方法：①开发高流动性材料，以填补界面间的孔隙；② 开发复合热界面材料，以提高整体材料的热传导性。因此，热传导值(Thermal Conductivity；K)就成为评估热界面材料的重要特性之一。未添加任何导热填充材的高分子材料， 其热传导值大约为0．1W／m K．而目前所使用的商用复合热界面材料(通常添加导热金属粉其热传导值大约为7 W／m K)，其中无机填充料主要是氧化铝(AlzO3)、氧化镁(MgO)、氮化铝(A1N)、氮化硼(BN)、金刚石粉及银粉等。由于使用高热导值材料并不能保证整体散热系统具有优良的散热效果，因此一般会用另一个评估热界面材料的重要特性一一热阻值(Thermal Resistance；R)，来评估整体散热系统的散热效果。热阻值与接触界面平整度及使用压力大小具有相当高的关联性，其单位一般用K．in 表示。
本文主要介绍了热界面材料的地位、种类与特点，以及影响热界面材料特性的因素供有关工程技术人员参考。

2热界面材料的重要性
热界面材料 (Thermal Interface Materials)是一种用于两种材料间的填充物，是热传递的重要桥梁。

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