新型导热界面材料有哪些?

作者:兰洋科技    浏览量:4403    时间:2023年03月29日    标签: 热界面材料 导热系数 石墨烯散热

界面导热材料广泛应用于导冷式散热结构,如芯片与导热凸台之间、模块与散热器之间、模块与金属壳体之间等。界面之间选取不同的材料,对发热器件的散热有着很大影响,尤其随着电子产品热功耗越来越大,对界面材料的导热性能的要求也越高。



如导热膏、弹性导热布、相变型导热胶、导热凝胶、导热黏胶及导热带等是依据导热产品的应用特性进行分类,而当前新型界面导热材料的种类不断涌现,市场上缺乏从材料类型出发的较为系统的应用及性能特点分析,今天小编就带大家了解一下铟基合金、液态金属、石墨烯、碳纤维四种界面材料各自的综合性能。

一、铟基合金导热垫片

这是一种由银白色铟金属制成的热界面材料,铟是一种散热效能极高的金属材料,热传导率能达到80W/(m·K)以上,通过在铟基合金片材上压制凹凸花纹以填充界面间隙,同时利用铟基合金的高导热系数,降低界面热阻。该材料还具有极佳的延展性可以极大改善接触热阻,可实现随客户开发产品的高密度、随热源的形状灵活定制产品。导热垫片是柔软的金属垫片,如果接触面两端有一定的压力,能够很好的把铟基导热垫片夹在中间,可实现更佳的散热效能。

这种类型的导热垫片在热界面材料中属于高级导热界面材料,一般用于航天工业、军事工业、太阳能等新兴行业中有散热应用的部件,例如浸没式水冷服务器的CPU、GPU、激光器、雷达功率放大器等场合。

图▲铟基导热垫片

二、液态金属导热剂

与最常见的导热材料之一——硅脂相比,目前最高导热系数的硅脂也仅能达到11W/m·K,而液态金属导热剂的导热系数能够达到73W/m·K,是传统硅脂的数倍。因此液态金属可以更快、更有效地传导出更多的热量。

由于液态金属导热剂一般采用镓金属合金构成,镓金属合金熔点低,在常温下显液态,所以能够更好地渗透到CPU和散热模组之间的缝隙中达到更好的填充效果,迅速将CPU产生的热量传导至散热模组,从而有效控制机身温度。同时,液态金属还具有更高的沸点,而传统硅脂具有挥发度,使用一段时间后会固化,所以液态金属导热剂耐用性更强。

在民用之前,液态金属导热剂常用与高能量密度的界面,比如舰载激光炮,激光切割器,又或者在核电站里作为换热液体。如今液态金属在电脑等常用的电子产品中已开始受到重视,主要应用于浸没式水冷服务器的CPU、GPU,功率电源模块与散热器件等高功率设备之间。

三、石墨烯导热膜/垫片

自2018年华为Mate20X手机率先使用石墨烯膜散热技术后,国内主流手机厂商纷纷在旗舰机型中使用石墨烯膜,与市场其他同类散热材料相比,石墨烯导热膜具有机械性能好、导热系数高,质量轻、材料薄、柔韧性好等特点。石墨烯导热膜兼具高热导率(1000~1200W/mK)和高厚度(100~300μm),此外,它的横向扩热能力是人工石墨膜的4倍以上,各方面性能更强,也可依据需求定制厚度。

图▲石墨烯导热膜

目前主要应用于5G类消费电子产品,如智能手机、平板电脑、无风扇设计笔记本电脑、LED照明设备、医疗设备、新能源汽车动力电池等。

四、碳纤维导热垫片

这种产品是利用碳纤维的取向高导热性,在聚合物基体中添加碳纤维填料,制成导热垫片,可颠覆传统的芯片散热解决方案。


图▲碳纤维导热垫片

碳纤维作为填料在聚合物基体中有良好的分散性能,并且填充工艺性好,不会引起体系粘稠度过高、弹性低、力学性能差等问题。同时,填充到高分子基体中时可以通过流场、电场、磁场等方式进行阵列定向,在特定方向达到极好的导热效果。当填料达到一定含量后,相同填料比例,取向性好的情况下导热系数是填料无序排列时导热系数的3倍以上。

目前主要应用于航空航天、汽车、激光光源、消费类电子产品等。

本文标题:新型导热界面材料有哪些?

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