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先进院深度探讨赋能导热界面材料的具体应用

Time:2021-05-25Number:781

经常会有人来向先进院公司咨询,询问如何将厂商提供的特定的导热垫柔性数据应用于实际系统。导热垫柔性可通过形变挠度与压力曲线加以特定化。对于挠度形变曲线如何产生,以及从挠度形变曲线中可以获得哪些有用信息,人们一直存在着误解。在某些情况下,这种混淆可能导致选用不佳的导热界面材料 (TIM)。如果熟悉影响挠度形变曲线的变量,就能知道它们在系统中的反应,并借此优化其效能,进而提高热传导效率,节约成本并提高生产效率。想要了解如何实现上述目标,[敏感词]先从热阻开始讨论。


导热界面材料TIM是为电子组件提供热传导途径的重要元件。这些元件通过润湿和置换发热和散热部件表面的空气,与啮合面上微小的凹凸契合。TIM 在啮合面上的润湿和传热程度由界面电阻(也称为“接触阻抗”)来量化。这种契合度与导热界面材料的高导热性相结合,可使热量快速通过元件之间的物理间隙。量化这种整体传热数值就是热阻。对于导热系统设计人员来说,组件的热阻值非常重要,他们必须确保设备产生的热量能够得到适当的散发,从而防止设备过热。  


应用中TIM的热阻(Rth)取决于以下三个因素:TIM 导热系数(k)、应用中的导热界面材料TIM厚度 (t) 以及两个界面阻抗(Rint1 和 Rint2),这两个阻抗由导热界面材料TIM与其两个啮合面接触而产生。热阻的控制等式等式如下: 


Rth= (t/ k) + (Rint1 + Rint2) 

(等式1)

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一般来说,导热界面材料TIM的导热系数已是众所周知。然而,如果需要,也可以根据 ASTM D5470 得出的热阻与最终厚度关系图来确定该系数。材料导热系数根据这条线的反斜率计算得出,单位为W/mK。界面电阻总和随导热界面材料TIM和接触面的性质变化而变化,因此不能作为材料属性提供。然而,可以通过相同的热阻和最终厚度关系图上的y轴截距来确定待测系统的界面电阻。如果材料的厚度为0,则该点即为材料的热阻值,仅需要测量表面本身,从而将等式1简化为Rth= (Rint1 + Rint2)。 


应用中导热界面材料TIM的最终厚度(t)是影响整体热阻的主要因素,特别是对于那些中低热导率材料。对于特定系统,热通道的材料热阻与热量必须传递的距离成正比。为了证明这一点,图1展示了在给定3种材料的导热系数k和界面电阻为0.97Ccm2/W 的情况下,最终厚度对总热阻的影响。这说明,为了高效通过接头接触界面传递热量,必须在应用中尽可能地减少导热界面材料TIM的厚度。如果垫片的导热系数Tc很低,这一点将尤其重要。

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