说到散热解决方案，相信大家都知道热的三种传输方式（热传导/热辐射/热对流），而热传导是所有散热方式中的必要环节，对整个散热系统的效率起到至关重要的作用。热传导是在两个存在极细微凹凸不平的固体表面进行，为了将间隙中的不良导体空气“挤”出以达到较低的总体接触热阻，热界面材料成为不可或缺的重要介质。
图2 电子器件热界面状态及热流方向上热阻示意图
图3-芯片散热模型1
然而，随着高算力逻辑芯片和功率芯片功耗和热流密度的持续增加，整个散热系统面临着巨大的挑战，为了有效的将核心die的热量散发出去，不少芯片已经去掉LID来降低传导热阻，成为裸die，如上述提到的博通TH5。如此一来，导热界面材料只有TIM1.5，可以更加快速的传递芯片的热量。
导热界面材料种类繁多，但能同时适用于这两种芯片散热模型的并不多见，汉高最新推出的超高导热相变材料贝格斯Hi-Flow THF 5000UT恰恰可以满足。
相变导热材料是利用聚合物技术以高性能的有机高分子材料为主体，以高导热性材料、相变填充料等材料为辅精制而成的导热材料，适用于散热器与各种产生高热量功率元器件间的热量传递。
为了满足大功率芯片在工作过程中高温及变形问题，汉高针对性研发出高导热相变材料Hi-Flow THF 5000UT，其主要特性如下：
高导热系数8.5W/m.K，低压力状况下低热阻
相变温度40-50℃
极低的BLT，良好的界面浸润性，无需预热
高可靠性
低粘性，易返修
下面，让我们来详细的了解下Hi-Flow THF 5000UT的测试参数：
1. 热阻-最能体现其性能的核心值
基于D5470的测试方法，Hi-Flow THF 5000UT的热阻表现相当不错，低压力状况下其热阻值还优于目前市面上为数不多的高导热相变材料，而稳定的热阻表现能够允许更大的装配应力范围。
2. 相变温度低，且快速进入稳定的低热阻状态
Hi-Flow THF5000UT可以在40℃开始熔化并在45℃迅速进入相对稳定的一个热阻表现，不需要像其他同导热率相变材料一般需要提前预热，以保证材料相变化后能更快更好的填充固体间隙，发挥导热作用。
3.可靠性 – 经得起时间的锤炼
关注热阻值的同时，工程师更为关注的应该是产品的长期可靠性，Hi-Flow THF 5000UT进行完整的可靠性测试，测试完毕后材料无位移，无泵出：
■ 150℃ 烘烤1000hrs 热阻0.03℃.cm²/W
■ 85℃, 85%RH, 1000hrs 热阻0.045℃.cm²/W
■ -25℃-125℃，1000cycles 热阻0.042℃.cm²/W
基于同一测试平台，相较Competitor A，Hi Flow THF 5000UT的热阻表现在经历了长时间烘烤后更为优秀。
而THF 5000UT在Nvidia板卡的可靠性测试表现也是非常不错的：
从芯片散热模型可以得知，对于高功率芯片，裸die已经逐渐成为主流，如下为100W及700W（裸Die）交换芯片的整体散热解决方案，对比发现：
在700W的高功率交换机中，高功率相变导热材料可大幅降低传导热阻，降低芯片结温，同时大大减少散热器尺寸和重量，对系统布局友好
对于热流密度超过10W/cm²的场景，导热垫，导热凝胶等高热阻界面材料，会带来明显的温升，严重影响整个散热系统的效率及设计难度；
接下来，让我们详细了解100W及700W交换芯片的整体散热方案：
结构设计一般需满足系统整体布局和风道需求；
■ 100W:1U机箱，电源和系统交换芯片共用风道；
■ 700W:根据端口形态需求设计2U/4U机箱，风道需考虑电源/交换芯片风道隔离，使风尽量通过散热器以降低散热器热阻。
影响界面材料选型因素较多，需根据实际系统方案综合考量（详见下文）:
■ 100W:相变材料/硅基导热垫；
■ 700W:相变材料/高导热硅脂。
VC或者热管模组成为超大功率散热器的主流选型，但高昂价格及厂商之间的加工水平参差不齐成为最大缺点；散热器除满足基本的散热需求外，还需要考虑散热器弹簧螺钉对芯片的压力，而机械振动、成本以及安装问题更是低热阻大尺寸散热器要关注的问题；
■ 100W:铝合金铲齿散热器160*100*30mm；
■ 700W:铜VC散热器模组350*100*70mm。
风扇选型除满足风压要求，同步需考虑机房噪音相关标准要求。
■ 100W:1U设备 4组4028或者4056风扇，20000RPM左右；
■ 700W:高静压风扇，4组8080风扇（2U）/8组8080风扇（4U）12000RPM左右。
图8：1U系统机箱示意图（4pcs 4056Fan 风向：前进后出）
某品牌硅基导热垫6.5W/m·k（理论热阻1.44℃·cm2/k@40psi）
■ 功耗100W，热源接触面积40mm*40mm，经计算界面材料理论上引起的温升仅有9°C，OK；
■ 大功率700W时，die尺寸小于40mm*40mm，以此值进行计算，界面材料引起的温升将高达56°，而芯片节温要求小于110°C的要求（环境温度50℃），理论设计失败。
某品牌相变材料 8 W/m·k（理论热阻0.06 C·cm2/k @40psi）
■ 功耗100W，芯片引起的理论温升基本可以忽略；
■ 大功率700W，同样以40mm*40mm计算，界面材料引起的温升不会超过10°，理论可以满足要求。
理论推算完毕后针对不同界面材料进行如下测试：环境温度50°，交换设备满带宽稳定运行两小时，测试结果如下：
基于以上测试数据，高导热硅脂及相变材料看上去都能满足要求。然而，导热硅脂由于其分子结构中二甲基硅油易产生挥发，在长时间使用后会产生硅油分离，出现pump out现象，进而影响导热性能；
有数据表明，在典型的逆变器中，界面材料和散热模组占据系统总热阻的比例已超过80%。随着光伏系统能量密度的持续提升，作为新能源传输系统的核心部件的IGBT和SiC模组等功率芯片的散热问题逐渐成为行业持续迭代的瓶颈。
图11：逆变器热阻模型
导热硅脂目前依然是IGBT模组散热的主流，但易干燥，易泵出的缺陷导致硅脂在越来越多的大尺寸场景出现性能问题，汉高这款高导热相变材料有着出色的低热阻，高可靠性，将成为这类产品理想的改进方案。
随着电子产品向小型化，集成化，轻薄化，高性能化持续演进，数字芯片和功率模组的热流密度都在持续增加，封装方式也在不断演进，对界面材料的适应性都提出了新的挑战；高导热相变材料因其高延展性，高可靠性无疑是很多大功率场景下的绝佳选择。当然，热设计是个系统工程，传热性能和结构组装方式，PCBA平面度，芯片封装方式，芯片抗压能力等都有密切关系，汉高公司将持之以恒关注散热趋势和挑战并通过持续创新为行业健康发展添砖加瓦。
注：文中部分图源来自网络，仅做技术交流
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