热界面材料工作原理

什么是热界面材料?

对于任何热管理解决方案来说,热界面材料(TIM)都是关键的组成部分。由于它是大多数应用中的一小部分,因此很容易被忽视。但热界面材料可让设备及其相关产品发挥有效作用,也可对其产生破坏。

很多工程师更关注散热器设计,常常忽略热量是如何从热源到达散热器的。即使最光滑的表面也有一定程度的表面粗糙度。两个相互接触的表面的粗糙度会形成气袋。由于空气是良好的热绝缘体,接触面粗糙度产生的气袋会阻碍一个表面到另一个表面的热传导。

下图中,来自黑色表面的热量只能在红色高亮点传导至灰色散热器。橙色箭头有助于视觉化来自整个黑色表面的热量,但局限于这几个接触点。气袋以浅蓝色表示。热量可以通过蓝色气袋传导,但相比通过红色接触点的传导水平,非常低效且量很小。

这也适用于任何电设备。电设备通常密封在箱体内,不通过热界面材料将热量传导至金属散热器。

图像
具有界面热阻的表面之间的热传递图解

热界面材料的作用是什么?

此时,就可以使用热界面材料。TIM将大部分气袋替换为热传导性更优的材料。通过使用热界面材料,我们增加了从热源传导至散热器的热量。

在下面的图表中,深蓝色代表热界面材料。大部分浅蓝色气袋已经被消除,由更具传导性的材料代替。此时,整个表面都能有效传导热量。这就大大增加了来自热源的热传导量。多数情况下,100%消除空气几乎不可能,因此,小凹陷和小孔中仍然会有小气袋。但是,此时的热性能相比未使用TIM的情况已有极大改善。

热界面材料有很多不同的形式和选择:电隔离或电传导、硅基或无硅、柔韧或硬质、固体或液体或二者兼具等等。TIM的选择需视具体应用而定。

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