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2022-03-12 20:38

几种常见导热材料优缺点对比

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        说到散热系统,大多数人想到的是风扇和散热片,往往忽视了其中一个不是很起眼但会起到重要作用的媒介物——导热介质。今天与大家分享一下导热介质存在的必要性以及常见的导热材料性能特点。

导热材料存在的必要性:

       由于机械加工不可能做出理想化的平整面,因此CPU、芯片等与散热器之间存在很多沟壑或空隙,因空气是热的不良导体,空气间隙会严重影响散热效率,使散热器的性能大打折扣,甚至无法发挥作用。因此,导热材料便应运而生。

       导热材料的作用是填充处理器与散热器之间大大小小的空气,增大发热源与散热片的接触面积,减少空气热阻,提高散热效率。

常见的导热材料有哪些?各自有什么优缺点?

1. 导热硅脂:

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       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。

2. 导热垫片:

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       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。

3. 相变导热材料:

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       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。

4. 导热胶:

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       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。

5. 导热灌封胶:

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       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。

6. 导热胶带:

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       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。

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