隨著電子產(chǎn)品性能的不斷提升，發(fā)熱問(wèn)題已成為限制產(chǎn)品性能和可靠性的關(guān)鍵因素。為解決這一難題，導(dǎo)熱界面材料（TIM）應(yīng)運(yùn)而生，其能有效填充集成電路板和散熱器之間的微小空隙，建立良好的熱傳導(dǎo)通道，使產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)更出色的散熱效果。本文將詳細(xì)探討TIM的工作原理，并通過(guò)優(yōu)化填料選擇，進(jìn)一步增強(qiáng)TIM的散熱性能。

TIM 填充空氣間隙以改善熱傳導(dǎo)

在IC和散熱器的表面看似平坦的情況下，微觀層面存在著凹凸不平和制造劃痕等問(wèn)題，導(dǎo)致它們之間微小氣隙的存在。由于空氣是出色的熱絕緣體，這些氣隙導(dǎo)致IC產(chǎn)生的熱量無(wú)法有效傳導(dǎo)到散熱器，從而影響設(shè)備的散熱性能。TIM通過(guò)填充這些不規(guī)則表面之間的空氣間隙，創(chuàng)造出良好的導(dǎo)熱路徑，有效地將熱量從IC釋放到外部。

TIM 的導(dǎo)熱系數(shù)取決于填料的物理性質(zhì)和密度

TIM的主要成分通常為軟樹(shù)脂或硅膠，因?yàn)樗枰銐蜍浺蕴畛浔砻娴牟灰?guī)則之處。然而，由于樹(shù)脂的導(dǎo)熱系數(shù)較低，因此需要添加填料來(lái)增強(qiáng)TIM的整體導(dǎo)熱系數(shù)。導(dǎo)熱系數(shù)的變化很大，取決于填料的物理性質(zhì)和密度。氮化硼（BN）、氮化鋁（AlN）和氧化鋁（Al2O3）是導(dǎo)熱片中常用的典型填料。

TIM中的熱傳遞通過(guò)填料的接觸點(diǎn)進(jìn)行，如下所示。通過(guò)更密集地填充填料可以獲得更好的性能。

下圖清晰展示了熱導(dǎo)率與填料比例之間的關(guān)系，當(dāng)填料體積占比超過(guò)80%時(shí)，TIM的導(dǎo)熱系數(shù)顯著提升。

如何提高填料填充率

為了提高TIM的填充率，可以通過(guò)使用較小直徑的球形填料填充較大直徑的球形填料之間的間隙。這類(lèi)似于將大的圓形石頭放入瓶中，再用較小的卵石和沙子填充間隙以提高填充率。理想的填料形狀是均勻的球體，因?yàn)椴痪鶆虻男螤顭o(wú)法實(shí)現(xiàn)高填充率。先前的研究表明，導(dǎo)熱系數(shù)還取決于填料的粒徑和比例。

在TIM中使用的各種材料的導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)于其相應(yīng)的耐水性、毒性和成本值都是重要因素。在電子設(shè)備中，這些因素都是不可忽視的，因此氧化鋁通常被選用作陶瓷氧化物，而氮化鋁則作為氮化物的優(yōu)選填料。

通過(guò)科學(xué)選擇和優(yōu)化TIM的填料，我們不僅能夠顯著提升電子產(chǎn)品的散熱效果，還能夠大幅增強(qiáng)其性能和可靠性。TIM作為熱管理的關(guān)鍵組成部分，為電子設(shè)備在高溫環(huán)境下的可靠運(yùn)行提供了可行的解決方案。通過(guò)深入了解TIM的散熱原理和優(yōu)化填充方法，我們能夠更好地應(yīng)對(duì)電子設(shè)備中的熱管理挑戰(zhàn)，提高設(shè)備的性能和可靠性。