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隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，越來(lái)越多的電子設(shè)備接入到移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，新的服務(wù)和應(yīng)用層出不窮。5G時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，更高的頻率帶來(lái)更高的數(shù)據(jù)傳輸速度。網(wǎng)絡(luò)基站和天線陣列的數(shù)量成倍增長(zhǎng)，但設(shè)計(jì)空間尺寸卻越來(lái)越小。設(shè)備產(chǎn)品的功能更加復(fù)雜和強(qiáng)大，功耗也隨之同步增長(zhǎng)，元件使用過(guò)程中產(chǎn)生的熱能如不能及時(shí)從內(nèi)部散發(fā)出去，溫度的升高會(huì)導(dǎo)致其運(yùn)行速度減慢，壽命縮短。因此，如何有效地從產(chǎn)生更高溫度的元件中移走大量的熱，以確保器件足夠的工作和服務(wù)壽命，是5G電子設(shè)備熱管理面臨的嚴(yán)峻問(wèn)題。
這對(duì)用于通訊設(shè)備的導(dǎo)熱界面材料(Thermal Interface Materials，TIM)提出了更高的要求，也勢(shì)必將促進(jìn)更多高性能材料的應(yīng)用和發(fā)展。導(dǎo)熱界面材料是決定電子產(chǎn)品散熱效率高低的關(guān)鍵材料之一。
金屬部件通過(guò)機(jī)械加工無(wú)法形成完全光滑的表面，其平整度取決于模具（詞條“模具”由行業(yè)大百科提供）精度，而且只能控制在有限的限度內(nèi)。無(wú)論是同種材料還是兩種不同的材料，即使材料表面平整度很好或施加很大的扣合壓力，仍然無(wú)法達(dá)到緊密接觸。微處理器表面和熱沉底面存在著各種細(xì)小坑槽和起伏。這些表面瑕疵造成元器件和散熱片不能充分接觸，在界面間形成空隙。
圖1 元器件和散熱片之間的空隙
從圖1可以看到，無(wú)導(dǎo)熱界面材料填充的兩接觸表面間的空隙中超過(guò)90%是空氣。空氣是熱的不良導(dǎo)體，會(huì)嚴(yán)重阻礙接觸界面的熱量傳遞，這些看似細(xì)微的空隙足以令散熱設(shè)施形同虛設(shè)。使用導(dǎo)熱界面材料的目的就是為了填充接觸面的空隙，降低接觸熱阻，提高傳熱效率。
一般而言，導(dǎo)熱界面材料具有這些特性：1)低熱阻;2)高熱傳導(dǎo)性;3)可壓縮性及柔軟性;4)表面浸潤(rùn)性;5)適當(dāng)?shù)恼承?6)對(duì)扣合壓力的敏感性高;7)容易使用及處理;8)可重復(fù)使用性;9)冷熱循環(huán)時(shí)穩(wěn)定性好等。有機(jī)硅材料的自身特性非常適合用于導(dǎo)熱界面材料，但其自身的熱傳導(dǎo)率較低，因此需要添加熱傳導(dǎo)（詞條“傳導(dǎo)”由行業(yè)大百科提供）率較高的無(wú)機(jī)粉末或金屬粉末或來(lái)改善其熱傳導(dǎo)性能。
導(dǎo)熱界面材料的傳熱效率主要是以熱阻來(lái)表征，它是導(dǎo)熱界面材料本身的熱阻抗及其與兩個(gè)接觸界面的接觸熱阻之和：
其中，RTOT是導(dǎo)熱界面材料的熱阻抗，RC1和RC2分別是導(dǎo)熱界面材料與兩個(gè)接觸表面的熱阻抗，BLT是導(dǎo)熱界面材料的接合膠層厚度，亦即兩個(gè)接觸表面之間的空隙區(qū)域，KTIM則是導(dǎo)熱界面材料本身的熱傳導(dǎo)系數(shù)。可見(jiàn)，為了達(dá)到理想的熱傳導(dǎo)效果，應(yīng)該最大限度地減小RTOT，這可以通過(guò)降低接合膠層厚度、降低接觸熱阻和提高導(dǎo)熱界面材料的導(dǎo)熱系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際的工藝環(huán)境下，這些參數(shù)會(huì)互相影響，針對(duì)特定的應(yīng)用還涉及到材料之間的穩(wěn)定性和匹配性問(wèn)題，因此需要導(dǎo)熱界面材料的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)者進(jìn)行深入的研究和試驗(yàn)，才能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱界面材料最佳的使用性能。
導(dǎo)熱界面材料有多種產(chǎn)品形式：導(dǎo)熱膏、軟性導(dǎo)熱墊片、導(dǎo)熱相變材料、導(dǎo)熱凝膠、導(dǎo)熱泥、粘合劑和密封劑等等。每種材料都有不同的特性與優(yōu)缺點(diǎn)，使用者在選擇時(shí)必須先確定材料的使用環(huán)境，如工作溫度范圍、元器件的發(fā)熱量、封裝設(shè)計(jì)、接觸材料的表面粗糙度、接觸間隙的大小、是否需要絕緣、可靠性和使用壽命等等，然后再根據(jù)各種不同的熱界面材料的特性進(jìn)行綜合考量。
