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热界面材料研究进展

郑连杰

1前言

随着电子电子器件集成密度和功率密度不断增加，尤其是近年来大功率LED

的兴起，电子器件对散热性能的要求也越来越高，而目前热界面材料与其他电子

器件相比热导率相差几个数量级，因此热界面材料已成为提高电子产品散热性能

的瓶颈之一。文献对近年来热界面材料的研究进展做了非常详尽的综述。但这些

文献主要集中在热界面材料的分类、应用、优缺点以及导热性能的描述。本文将

在近期综述文献的基础上重点介绍各类热界面材料的主要组成成份。

在介绍热界面材料组成以及性能之前，首先简单了解关于热界面材料导热的

基本理论。

（a）（b）

图1（a）实际接触平面微观示意图（b）理想的热界面材料示意图

当两个平面相互接触时如图1（a）所示，由于材料表面存在微观粗糙度，

接触表面存在空隙。空隙的存在使得界面处热阻增大。因此粘结接头的热阻主要

包括体热阻和界面热阻两部分图1（b）。

热界面材料的热阻可表示为：

BLT

RRR公式（1）

TIMkC1C2

TIM

BLT：键合区厚度K：热界面材料体热导率R，R：接触界面热阻

TIMC1C2

公式（1）说明热界面材料的热阻不仅决定于其体热导率，还与BLT和界面接触

热阻有关。对比不同材料导热性能的优劣除了常见的热导率w/mK之外人们还经

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常使用界面热阻Kcm/W。很多热界面材料要在一定的压力下使用，因此不同材

料因其流变学特性而具有不同的BLT。热界面材料的粘度、填料粒子的尺寸形状

以及含量对BLT有直接影响，而材料和粘合界面的亲和性能以及对表面凹凸的

填充能力直接决定着R的大小。因此对于热界面材料的设计者而言，为了获得

C

具有低热阻的界面材料，应全面考虑这些因素。

2热界面材料的分类与特性

热界面材料在电子工业中有着很长的应用历史，主要组成为基体材料和高导

热填料。热界面材料的分类方法多种多样。按导电类型可分为导电型和绝缘型。

按成分又可分为有机、无机和金属型。按组成可分为单组份和双组分等。按照热

界面材料的历史发展和特点可分为：导热胶（thermalconductiveadhesives）、导

热油脂（thermalgrease）、相变导热材料（phasechangematerials，PCMs）、导热

带（thermaltapes）、弹性导热垫（elastomericpads）导热凝胶（thermalgel）以及

金属钎料（metalicsolders）等。

2.1导热胶（thermalconductiveadhesives）

导热胶是发展较早的产品，其主要组成是树脂基体、导热填料、稀释性溶剂

或者是反应型稀释剂、固化剂和添加剂。用于电子胶黏剂的树脂基体主要包括：

环氧树脂、聚酰亚胺、有机硅胶、聚氨酯、丙烯酸酯和氰酸酯等。

环氧树脂

环氧树脂广泛的应用于电子组装以及封装胶黏剂中，环氧树脂得名于结构上

的环氧基，其中最常用的环氧树脂有双酚-A型、双酚-F型。

固化剂

环氧树脂可以和多种固化剂发生固化反应，一般来讲凡是能够提供活化氢的

物质都可以和环氧基发生交联反应，按反应类型的不同固化剂可分为均聚型、加

成型和潜伏型。

1.均聚型

所谓均聚型是指固化过程中固化剂不参与反应，而是环氧树脂同种分子之间发生

聚合反应，即固化剂只起到催化作用。

2.加成型

固化过程中固化剂和环氧基反应，这样的固化剂有胺类以及酸酐类固化剂。

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