如何降低导热材料的界面热阻?

2024-03-01
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导热界面材料在电子设备热管理中发挥着至关重要的作用。这种材料能够填补设备表面与散热器之间的微小空隙,从而建立起高效的热传导通道,确保器件产生的热量能够快速传递和散发,保障设备在高负荷运行时的稳定性。导热界面材料的性能主要受两个参数影响:导热系数和热阻。高导热系数的材料意味着热量在该材料内的损耗较少,而热阻则反映了材料阻止热量穿过的能力,是提升导热性能需要克服的障碍。因此,在提升导热界面材料的传热性能时,我们不仅要关注导热系数的数值,还要设法降低热阻。

那么,如何降低导热材料的界面热阻呢?

导热界面材料主要由有机基体和无机填料组成。界面热阻的产生主要是因为两个相邻固体表面间的界面层作用力较弱,导致声子振动频率不匹配和大量的声子散射。界面热阻可分为填料与填料间、填料与基体间以及导热界面材料与器件间三种类型。

首先是填料与填料间的界面热阻。导热界面材料中的填料可以是单一类型,也可以是多种填料的组合。相同填料间由于被聚合物基体分隔,存在空隙而无法直接接触,导致界面热阻较大。为降低这一热阻,可以通过增加填料添加量、定向排列和颗粒级配等方式构建连续的导热通路。增加填料添加量时需注意,超过某一阈值可能导致导热网络破坏,影响材料性能和加工性。定向排列适用于一维和二维导热填料,如碳纤维和片状六方氮化硼,通过力场、磁场等方法增大填料间有效接触面积。颗粒级配则通过填充不同尺寸和形貌的无机导热粒子来增强导热性能。对于多种填料的组合,需要处理填料间的界面亲和力和声子谱匹配问题,可通过共价键改性等方法增强界面结合。

接下来是填料与基体间的界面热阻。导热界面材料中的填料多为无机材料,与聚合物基体难以紧密连接,容易产生气孔和间隙,导致界面热阻增大。为降低这一热阻,可以对填料进行表面改性,改变其表面张力,减少团聚现象,提高与基体的亲和性。表面化学修饰是一种常用的改性方法,通过吸附、反应、包覆等方式实现。金戈新材已有多年的功能粉体表面处理经验,可为客户提供定制化服务。

最后是导热界面材料与器件间的界面热阻。这种热阻也称为接触热阻,受表面粗糙度、平整度、夹紧压力等因素影响。为降低这一热阻,可以优化导热界面材料的制作工艺,提高其柔韧性和压缩性,以更好地贴合散热器件。同时,在贴合器件时减小缝隙,提高夹紧压力,增大接触面积,降低厚度。

综上所述,通过优化导热填料分布、表面改性和改善贴合工艺等手段,可以有效降低导热界面材料的界面热阻,提高其在电子设备热管理中的应用性能。


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