常用导热材料优缺点

寂静回声

导热膏，也被称为热界面材料或散热膏，是一种用于填充两种直接接触表面之间的微小空隙和不规则处的材料。
它主要用于提高热传导效率，减少热阻，从而有效地将热量从一个表面传递到另一个表面，比如从计算机的CPU或GPU芯片传递到散热器。

导热膏通常由聚合物基体与高导热性的填料组成。常见的填料包括金属氧化物如氧化铝、氮化硼、氮化铝等。这些填料具有很高的导热系数，能够大大提高导热膏的热传导性能。而聚合物基体则为膏状物质提供了必要的粘度和流动性，使其易于应用在需要散热处理的表面上。

常见的导热材料有哪些？各自有什么优缺点？

相变导热材料，是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。相变化材料由固态变为液态或由液态变为固态的过程称为相变过程。KY相变导热材料，相变温度45°C，导热性能优越，并且改善了微处理器，存储器模块DC/DC转换器和功率模块的可靠性。
优点：
(1) 可返修，可重复使用，涂覆厚度及形状可按需控制；
(2) 室温下为固体，但在设备运行期间熔化填补微间隙（不垂流）；
(3) 导热效果相当于传统导热硅脂，性能更好；
(4) 极好的硅脂替代品，不存在传统硅脂硅油挥发变干老化的现象。
(5) 无一般硅脂的溢胶现象。
(6) 与导热硅脂相比，不存在“充气”效应，长期使用具有高度可靠性；
(7) 可点胶、丝网印刷、手动涂覆，可完全自动化操作，大幅提高生产量；
(8) 环保，符合Rohs标准。



导热硅脂又叫做散热硅脂、导热膏等，是目前应用最广泛的的一种导热介质，材质为膏状液态，它是以硅油为原料，并添加增稠剂等填充剂，在经过加热减压、研磨等工艺之后形成的一种酯状物，该物质有一定的黏稠度，没有明显的颗粒感。可以有效的填充各种缝隙；主要应用环境：高功率的发热元器件与散热器之间。
优点：
(1) 液态形式存在，具有良好润湿性；
(2) 导热性性能好、耐高温、耐老化和防水特性；
(3) 不溶于水，不易被氧化；
(4) 具备一定的润滑性和电绝缘性；
(5) 成本低廉。
缺点：
(1) 无法大面积涂抹，不可重复使用；
(2) 产品长时间稳定性不佳，经过连续的热循环后，会引起液体迁移，只剩下填充材料，丧失表面润湿性，最终可能导致失效。
(3) 由于界面两边的材料热膨胀速率不同，造成一种“充气”效应，导致热阻增加，传热效率降低；
(4) 始终液态，加工时难以控制，易造成污染其他部件及材料浪费，增加成本。



导热垫片，用于填充发热器件和散热片或金属底座之间的空气间隙，它们的柔性、弹性特征使其能够用于覆盖非常不平整的表面。热量从分离器件或整个PCB传导到金属外壳或扩散板上，从而能提高发热电子组件的效率和使用寿命。
在垫片的使用中，压力和温度二者是相互制约的，随着温度的升高，在设备运转一段时间后，垫片材料发生软化、蠕变、应力松弛现象，机械强度也会下降，密封的压力降低。
优点：
(1) 预成型的导热材料，具有安装、测试、可重复使用的便捷性；
(2) 柔软有弹性，压缩性好，能够覆盖非常不平整的表面；
(3) 低压下具有缓冲、减震吸音的效果。
(4) 良好的导热能力和高等级的耐压绝缘；
(5) 性能稳定，高温时不会渗油，清洁度高。
缺点：
(1) 厚度和形状预先设定，使用时会受到厚度和形状限制；
(2) 厚度较高，厚度0.5mm以下的导热硅胶片工艺复杂，热阻相对较高；
(3) 相比导热硅脂，导热垫片导热系数稍低；
(4) 相比导热硅脂，导热垫片价格稍高。



导热胶，又称导热硅胶，是以有机硅胶为主体，添加填充料、导热材料等高分子材料，混炼而成的硅胶，具有较好的导热、电绝缘性能，广泛用于电子元器件。
优点：
(1) 热界面材料，会固化，具有粘接性能，粘接强度高；
(2) 固化后呈弹性体，抗冲击、抗震动；
(3) 固化物具有良好的导热、散热功能；
(4) 优异的耐高低温性能和电气性能。
缺点：
(1) 不可重复使用；
(2) 填缝间隙一般。



导热灌封胶，常见的分为有机硅橡胶体系和环氧体系，有机硅体系软质弹性，环氧体系硬质刚性；可满足较大深度的导热灌封要求。提升对外部震动的抵抗性，改善内部元器件与电路之间的绝缘防水性能。
优点：
(1) 具备很好的防水密封效果；
(2) 优秀的电气性能和绝缘性能；
(3) 固化后可拆卸返修；
缺点：
(1) 导热效果一般；
(4) 工艺相对复杂；
(5) 粘接性能较差；
(6) 清洁度一般。



导热胶带又叫做导热双面胶，由亚克力聚合物与有机硅胶粘剂复合而成；通常应用于功率不高的热源与小型的散热器之间，用来固定LED散热器等。
优点：
(1) 同时具有导热性能和粘接性能；
(2) 具有良好的填缝性能；
(3) 外观类似双面胶，操作简单。
(4) 一般用于某些发热性较小的电子零件和芯片表面。
缺点：
(1) 导热系数比较低，导热性能一般；
(2) 无法将过重物体粘接固定；
(3) 胶带厚度一旦超过，与散热片之间无法达成有效传热。
(4) 一旦使用，不易拆卸，存在损坏芯片和周围器件的风险，不易拆卸彻底。
无论是哪款导热材料都没有办法满足所有电子设备的需求，或多或少都有它的部分缺点，重点是如何通过产品结构与各种技术将导热材料的优点放大。


而当前新型界面导热材料的种类不断涌现，今天就带大家了解一下铟基合金、液态金属、石墨烯、碳纤维四种界面材料各自的综合性能。

铟基合金导热垫片
这是一种由银白色铟金属制成的热界面材料，铟是一种散热效能极高的金属材料，热传导率能达到80W/ (m·K)以上，通过在铟基合金片材上压制凹凸花纹以填充界面间隙，同时利用铟基合金的高导热系数，降低界面热阻。该材料还具有极佳的延展性可以极大改善接触热阻，可实现随客户开发产品的高密度、随热源的形状灵活定制产品。导热垫片是柔软的金属垫片，如果接触面两端有一定的压力，能够很好的把铟基导热垫片夹在中间，可实现更佳的散热效能。
这种类型的导热垫片在热界面材料中属于高级导热界面材料，一般用于航天工业、军事工业、太阳能等新兴行业中有散热应用的部件，例如浸没式水冷服务器的CPU、GPU、激光器、雷达功率放大器等场合。

液态金属导热剂
与最常见的导热材料之一——硅脂相比，目前最高导热系数的硅脂也仅能达到11W/m·K，而液态金属导热剂的导热系数能够达到73W/m·K，是传统硅脂的数倍。因此液态金属可以更快、更有效地传导出更多的热量。
由于液态金属导热剂一般采用镓金属合金构成，镓金属合金熔点低，在常温下显液态，所以能够更好地渗透到CPU和散热模组之间的缝隙中达到更好的填充效果，迅速将CPU产生的热量传导至散热模组，从而有效控制机身温度。同时，液态金属还具有更高的沸点，而传统硅脂具有挥发度，使用一段时间后会固化，所以液态金属导热剂耐用性更强。
在民用之前，液态金属导热剂常用与高能量密度的界面，比如舰载激光炮，激光切割器，又或者在核电站里作为换热液体。如今液态金属在电脑等常用的电子产品中已开始受到重视，主要应用于浸没式水冷服务器的CPU、GPU，功率电源模块与散热器件等高功率设备之间。

石墨烯导热膜/垫片
自2018年华为Mate 20X手机率先使用石墨烯膜散热技术后，国内主流手机厂商纷纷在旗舰机型中使用石墨烯膜，与市场其他同类散热材料相比，石墨烯导热膜具有机械性能好、导热系数高，质量轻、材料薄、柔韧性好等特点。石墨烯导热膜兼具高热导率（1000~1200W/mK）和高厚度（100~300μm），此外，它的横向扩热能力是人工石墨膜的4倍以上，各方面性能更强，也可依据需求定制厚度。
目前主要应用于5G类消费电子产品，如智能手机、平板电脑、无风扇设计笔记本电脑、LED 照明设备、医疗设备、新能源汽车动力电池等。

碳纤维导热垫片
这种产品是利用碳纤维的取向高导热性，在聚合物基体中添加碳纤维填料，制成导热垫片，可颠覆传统的芯片散热解决方案。
碳纤维作为填料在聚合物基体中有良好的分散性能，并且填充工艺性好，不会引起体系粘稠度过高、弹性低、力学性能差等问题。同时，填充到高分子基体中时可以通过流场、电场、磁场等方式进行阵列定向，在特定方向达到极好的导热效果。当填料达到一定含量后，相同填料比例，取向性好的情况下导热系数是填料无序排列时导热系数的3倍以上。
目前主要应用于航空航天、汽车、激光光源、消费类电子产品等。