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导热材料又称导热界面材料,常用于IC/MOS管的封装以及电子产品的散热领域,当发热器件与散热设备直接接触的时候一定会产生微空隙或表面凹凸不平的孔洞从而严重影响散热器的散热效率,导热填充材料能有效的填充两者之间的空隙来减少热传递的阻抗从而大大提升了产品的散热效率。
在电子产品技术高速发展的时代,更多电子产品结构趋向于往小而美的微电子设计方向发展,所以电子元器件的集成程度和组装密度一直在不断的提高,在提供了强大的使用功能的同时,由于内部空间较小,产品发热点更为集中,从而使整个电子产品内部的发热量急剧增大,过高的温度会对电子元器件的稳定性及使用寿命都会产生较大的影响。如过高的温度会危及半导体的结点,增加导体的阻值和造成机械应力损伤,甚至损伤电路的连接界面。因此在微电子产品系统组装设计方案中,如何确保发热电子部件产生的热量及时排出成为了整个设计方案中的一个重要的环节。对于电路集成程度和组装空间密度都较高的电子产品(如笔记本电脑)等,散热甚至成为了整个产品的技术瓶颈问题。因此在微电子产品行业,热管理方案设计已经逐步发展成为一门新兴的学科,专门研究各种电子产品设备的安全散热方式,散热设计以及所需要用到的散 热系统材料。
导热界面材料在热管理方案中的作用是非常关键的,是该项学科一个非常重要的研究点,使用原理如下:
在微电子材料发热体表面和散热器之间或多或少都存在一定的极细微的凹凸不平的空隙,他们之间如果直接接触中间不填充任何导热介质,发热部件与散热器的实际热接触面积一般只有散热器底座面积的10%,其余的都为空气间隙。因为空气是热的不良体,导热系数低到只有0.026W/M.K,从而导致发热源与散热器之间的接触热阻非常巨大,而且对热量的传递效率造成非常大的影响,最终的结果就是散热器没有发挥到最大的作用使散热的效率非常低。而如果在发热源与散热装置之间使用具有高导热性能的导热材料来填充这些间隙,使两者之间的空气完全排除,在两得之间建立有效的热传导通道,可以大大减低接触热阻,使散热装置的作用充分的发挥达到最大化。
随着社会生活水平的提高,电子产品日新月异,微电子产品对安全散热的要求也越来越高,热界面材料也在不断的发展。导热硅脂是最早的一种导热材料,成本相对较低,曾经被广泛使用到各种电子产品散热应用中。但因其操作难道相对较高,长期使用容易失效等缺点,目前已经逐步让许多新型的导热材料所替代,目前新型的导热材料主要有导热弹性体材料(如导热硅胶片)、导热凝胶系列、粘接固化导热胶系列、相变化等。

一款理想的导热界面材料应具备以下特点(1)导热性能相对较高(2)产品柔韧性能好,使产品在较低安装压力条件下也能充分的填充接触面的空隙,保证导热材料与接触面的接触热阻较小(3)高电器绝缘性能好(4)可塑性强,方便安装,具备可拆性(5)通用性强,可适用于各类电子部件,能填充微空隙也可以填充凹凸不平的大缝隙。

导热硅胶片填充导热

如上图:

左边发热部件与散热器件之间没有任何导热界面材料填充,之间存在一定的微空隙,所以热量流向散热器的时候非常缓慢,从而使热量不能迅速传递出去,散热效率非常的低。

右边发热器件与散热装置之间做了导热介面材料填充,使发热器件与散热装置紧密的贴合,间之不存在任何空气间隙,此时热能流向散热器的方向非常均匀且迅速,大大的提升了散热效率