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发热芯片为什么要使用导热散热材料

来源:深圳联腾达科技有限公司发表时间:2017-08-09

一、概述

  导热界面材料(Thermal Interface Materials, TIM)是一种普遍用于IC封装和电子散热的材料,主要用于填补两种材料接触时产生的微空隙和凹凸不平的表面,减小热阻,提高器件的散热性能。

  导热界面材料是一种以聚合物为基体、以导热粉为填料的高分子复合材料。其具有良好的导热性能和机械性能,被广泛用于电子组件中的散热源与散热器之间,帮助形成良好的导热通道,以降低散热module的热阻,是目前业界公认的最好的热解决方案。

  二、导热界面材料的作用

  随着当代电子技术迅速的发展,电子元器件的集成程度和组装密度不断提高,在提供了强大的使用功能的同时,也导致了其工作功耗和发热量的急剧增大。高温将会对电子元器件的稳定性、可靠性和寿命产生有害的影响,譬如过高的温度会危及半导体的结点,损伤电路的连接界面,增加导体的阻值和造成机械应力损伤。因此确保发热电子元器件所产生的热量能够及时的排出,己经成为微电子产品系统组装的一个重要方面。对于集成程度和组装密度都较高的便携式电子产品(如笔一记本电脑等),散热甚至成为了整个产品的技术瓶颈问题。在微电子领域,逐步发展出一门新兴学科一热管理(Theral Management),专门研究各种电子设备的安全散热方式、散热设备及所使用的材料。

  导热界面材料(Thermal Interface Material,TIM)在热管理中起到了十分关键的作用,是该学科中的一个重要研究分支。使用原理如下:在微电子材料表面和散热器之间存在极细微的凹凸不平的空隙,如果将他们直接安装在一起,它们间的实际接触面积只有散热器底座面积的10%,其余均为空气间隙。因为空气热导率只有0.025W/(m.K),是热的不良导体,将导致电子元件与散热器间的接触热阻非常大,严重阻碍了热量的传导,最终造成散热器的效能低下。使用具有高导热性的热界面材料填充满这些间隙,排除其中的空气,在电子元件和散热器间建立有效的热传导通道,可以大幅度低接触热阻,使散热器的作用得到充分地发挥,并保证电子器件可以在适宜的温度范围内工作,保证电子器件性能的正常发挥。

  三、常见导热界面材料介绍

  随着微电子产品对安全散热的要求越来越高,导热界面材料也在不断的发展。

  四、导热界面材料的特性指标

  导热率(Thermal conductivity):指在稳定传热条件下,设在物体内部垂直于导热方向取两个相距1米,面积为1平方米的平行面,这两个平面的温度差为1度。则在1秒内从一个平面传导到另一个平面的热量就是该物质的导热率。其单位:W/mK 。

  五、导热界面材料主要测试设备

  用来测试的设备主要为热阻测量仪和导热系数测量仪。

  导热系数:描述材料导热能力的一个物理量,为单一材料的固有特性,与材料的大小、形状无关。

  热阻:反映阻止热量传递的能力的综合参量。在传热学的工程应用中,为了满足生产工艺的要求,有时通过减小热阻以加强传热;而有时则通过增大热阻以抑制热量的传递。(根据 ASTM D5470)

  六、导热界面材料的应用举例

  芯片(CPUs、GPUs、芯片组 (北桥, 南桥)等)

  笔电笔电和网络服务器

  手机通讯(基站、交换机等)

  高功率LED散热电桩

  无特殊绝缘需求的组件

  半导体和散热器之间热传导

  LCD和等离子电视

  通信产品的热传导

  车载通讯电子设备

  机顶盒、手持电子设备(微型投影仪)