在電子產(chǎn)品中，掌握系統(tǒng)的溫度是一個(gè)關(guān)鍵因素（在性能和壽命方面也是如此）。每天，我們都需要面對(duì)這些問(wèn)題：當(dāng)我們使用電腦、游戲機(jī)或手機(jī)時(shí)。設(shè)備過(guò)熱會(huì)導(dǎo)致其性能立即下降，有時(shí)還會(huì)危及安全。隨著電子元件的小型化和更高性能水平，散熱變得越來(lái)越重要。通常元件表面溫度每升高10°C，電子設(shè)備的故障率就會(huì)翻倍。這是在BBC Reserch Wellesley進(jìn)行的一項(xiàng)研究中測(cè)得的，該研究強(qiáng)調(diào)了電氣系統(tǒng)中的故障原因。

那么如何選擇合適的導(dǎo)熱材料呢？要做出決定，要問(wèn)自己的六個(gè)問(wèn)題：

1） 需要用導(dǎo)熱材料填充的間隙大不大？

要填補(bǔ)的間隙越重要（特別是在較高組件和較低組件之間間隙較大的電路板上），導(dǎo)熱材料就越需要厚且靈活。

離電路板最近的組件和較高的組件之間的間隙很大

在這種情況下，最好選擇非常靈活的導(dǎo)熱材料。像超柔軟的導(dǎo)熱硅膠墊片（以具有非常柔軟質(zhì)地的導(dǎo)熱墊的形式）。這些導(dǎo)熱硅膠墊片可以達(dá)到幾毫米的厚度，同時(shí)保持非常高的柔韌性。

主要缺點(diǎn)是導(dǎo)熱系數(shù)不超過(guò)幾W/m.K（柔韌性和厚度以犧牲性能為代價(jià)）。由“膩?zhàn)印辈牧希拷椭蛯?dǎo)熱膏）制成的導(dǎo)熱墊也可以，以實(shí)現(xiàn)比標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)熱材料更高的厚度。這些導(dǎo)熱墊的優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)熱性更強(qiáng)（高達(dá)10W / m.K）。然而，硬度（因此，壓縮力）將高于超軟型導(dǎo)熱材料。

小間隙：覆蓋組件的表面平坦。

在這種情況下，大多數(shù)導(dǎo)熱材料都可以使用，選擇將取決于其他技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，例如硬度或?qū)嵯禂?shù)。

2） 導(dǎo)熱材料要傳導(dǎo)的熱功率是多少？

根據(jù)裝配和產(chǎn)品規(guī)格，在滿足性能需求的水平是哪個(gè)留有一定余量。最有效的導(dǎo)熱材料是石墨制造或金屬填充的導(dǎo)熱墊。這些導(dǎo)熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到數(shù)百W/m.K。然而，這些高導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱材料具有導(dǎo)電性的缺點(diǎn)，并且非常堅(jiān)硬（它們補(bǔ)償間隙和振動(dòng)的效率較低）。效率最低的導(dǎo)熱材料是超柔軟導(dǎo)熱材料。它們非常靈活，但導(dǎo)熱率較低。為什么呢？原因就是導(dǎo)熱率通常與導(dǎo)熱墊中添加的導(dǎo)熱顆粒的數(shù)量有關(guān)。然而，更高的電荷也直接意味著更高的硬度。

3）導(dǎo)熱材料是否有定期維護(hù)計(jì)劃？

必須在設(shè)計(jì)階段考慮維護(hù)。經(jīng)過(guò)涂抹導(dǎo)熱膏或清潔PCB上的導(dǎo)熱硅脂蠕變的人會(huì)明白。存在操縱替代品的“清潔劑”，例如導(dǎo)熱墊（或熱毯）形式的導(dǎo)熱材料。這些是可以切割的聚合物片形式的導(dǎo)熱材料。這些導(dǎo)熱墊可以達(dá)到與導(dǎo)熱膏相同的性能水平（最常見(jiàn)的可達(dá)11W / m.K）。

4）導(dǎo)熱材料是否確保電絕緣？

在大多數(shù)情況下，答案是肯定的。導(dǎo)熱材料通過(guò)滲出可能會(huì)覆蓋PCB上的組件針腳（例如FPGA）。在這種情況下，導(dǎo)熱材料必須是完全電絕緣的。大多數(shù)導(dǎo)熱材料都是硅基的，因此具有很高的電絕緣性能，這為它們提供了超過(guò) 10¹⁰的體積電阻率和幾千伏的擊穿電壓（取決于厚度）。一些導(dǎo)熱墊或糊劑具有更高的金屬電荷，在這種情況下，這些導(dǎo)熱材料在操作時(shí)需要更加謹(jǐn)慎，以避免短路（即使高導(dǎo)熱力很有吸引力，也要小心不要落入陷阱）。

5) 導(dǎo)熱材料是否應(yīng)用在嚴(yán)格的環(huán)境中（特殊、醫(yī)療或軍用類型）？

有機(jī)硅基導(dǎo)熱材料意味著隨著時(shí)間的推移有機(jī)硅顆粒有脫落的風(fēng)險(xiǎn)。這種現(xiàn)象主要考慮在導(dǎo)熱材料暴露在高度受限環(huán)境中的項(xiàng)目中。例如，安裝在空間設(shè)備上的導(dǎo)熱材料受到真空的影響。揮發(fā)性的有機(jī)硅顆粒可能會(huì)從導(dǎo)熱材料中逸出。這不僅會(huì)影響其行為和特性，還會(huì)污染其環(huán)境。這種類型的污染和放氣現(xiàn)象也可能在光學(xué)應(yīng)用中引起問(wèn)題。例如，組裝在鏡頭旁邊的熱界面需要完全中性，以避免弄臟光學(xué)元件。對(duì)于這些對(duì)有機(jī)硅顆粒耐受性非常低或不存在的應(yīng)用，強(qiáng)烈建議使用無(wú)硅導(dǎo)熱材料或者低揮發(fā)導(dǎo)熱材料。去除導(dǎo)熱材料的硅膠的缺點(diǎn)是導(dǎo)熱墊的硬度明顯增加，導(dǎo)熱熱性能下降。

6） 施加在導(dǎo)熱材料上的壓力或螺栓應(yīng)力是多少？

根據(jù)導(dǎo)熱材料在組件中的位置和安裝，可能會(huì)對(duì)壓力有一定的要求。較硬的導(dǎo)熱材料需要更高的夾緊力，更柔軟的導(dǎo)熱材料將更容易壓縮。這些導(dǎo)熱材料通過(guò)在組件周圍變形來(lái)補(bǔ)償PCB上的起伏。施加在組件中的壓縮力也較低。由于機(jī)械強(qiáng)度較低，處理這些導(dǎo)熱材料也變得更加困難。這些導(dǎo)熱墊在搬運(yùn)和安裝過(guò)程中容易撕裂或變形。因此，這些導(dǎo)熱材料的組裝需要更加謹(jǐn)慎。在導(dǎo)熱性方面，“超軟”導(dǎo)熱材料具有較低的導(dǎo)熱性，以優(yōu)先考慮材料的柔韌性。還存在導(dǎo)熱系數(shù)較高的導(dǎo)熱墊形式的導(dǎo)熱材料。它們的質(zhì)地和柔韌性接近導(dǎo)熱膏。這些導(dǎo)熱墊的導(dǎo)電性可以達(dá)到11W.m.K，硬度為邵氏00（非常柔韌）。盡管它們不像導(dǎo)熱膏那樣柔軟，但在使用時(shí)必須小心處理。

您已經(jīng)可以理解選擇導(dǎo)熱材料的復(fù)雜性以及必須在不同參數(shù)之間做出的折衷。為了確保做出最佳的性能/成本/延遲選擇，最好的方法仍然是專業(yè)公司的幫助。無(wú)論是我們還是其他導(dǎo)熱材料公司都愿意這樣做，請(qǐng)花時(shí)間聽(tīng)取建議。錯(cuò)誤的選擇會(huì)危及整個(gè)電子項(xiàng)目的可行性。

本文更新于：2023-03-29 16:28:16