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中国工程热物理学会 传热传质学
学术会议论文 编号:
含有热界面材料的界面热阻模型
袁超,付星,罗小兵*
华中科技大学能源与动力工程学院,武汉,430074
*通讯作者,Tel Email: Luoxb@mail.hust.edu.cn
: R
摘 要 界面材料不完全填充固体界面间隙时,界面热阻 由两部分组成:界面材料和固体接触处的
j
接触热阻R 及间隙内的气体热阻R 。界面热阻R 难以测量,建立有效模型准确地预测界面热阻十分
c g j
重要。基于界面化学模型,建立了一个针对填充具有流体性质的界面材料的界面热阻模型。比较发现
界面热阻模型的预测值比界面化学模型的预测值与实验值更加吻合。分析表明:残留在间隙内的气体
热阻R k R σ
在界面材料导热系数 较大时不能忽略;界面热阻 随固体界面粗糙度 的增大而增大,
g TIM j
随界面材料导热系数kTIM 的减小而增大。
关键词:界面材料;界面热阻模型;努森数
0前言
在大多数电子设备中,热量从发热器件传导至散热器不可避免地会经过各种界面,
并在界面上产生接触热阻。较高的接触热阻导致电子设备温度升高,影响其使用寿命及
可靠性。减少接触热阻的一种方法是在各界面间填充具有高导热率的固体热界面材料,
如焊料、金属薄片、弹性体材料等[1-3] 。含有高导热率颗粒的具有流体性质的高分子材料
[ ]
如导热硅脂、相变材料等1 ,也被广泛应用。两固体间填充具有流体性质的界面材料后,
界面处的热阻由两部分组成:界面材料的体热阻Rbulk 和界面材料与固体间的界面热阻
R ,如图 1 所示。当填充过程在非真空环境下完成时,由于固体界面间存在的气体无法
j
被排尽,界面材料难以完全填充固体界面间的间隙。因此,界面热阻R 由两部分组成:
j
界面材料和固体接触处接触热阻R 及间隙内气体的热阻R 。
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图1 填充有界面材料的界面热阻示意图
科研人员对界面热阻进行了大量的理论分析和实验研究。Fuller 和Marotta[4]提出了
一个热界面材料为弹性体材料的界面热阻模型,此模型在预测界面热阻时须得到界面材
料的硬度和杨氏模量等固体特性参数,因而不适用于预测具有流体特性的界面材料的界
面热阻。Das 和Sadhal[5]提出了一个界面材料完全填充固体间隙的界面热阻模型,此模
型虽不符合实际情况,但可以预测同种情况下界面热阻的最小值,其他模型的预测值不
能小于该值。Prasher[6]提出了具有流体性质的界面材料不完全填充固体间隙的界面化学
热阻模型,该模型预测结果和实验值匹配得较好,然而,该模型忽略了残留在界面材料
和固体间气体的热阻,此部分热阻在某些情况下不能忽略。
综上所述,目前并没有一个模型能够准确地预测填充具有流体性质的界面材料的界
面热阻。本文在Prasher 等人的研究基础上,建立了一个
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