导热界面材料对降低接触热阻的影响分析

aoq15385137197 · 发表于 2024-11-6 15:22:46

随着电子设备功率密度的增加，系统的热管理变得越来越重要。导热界面材料（TIMs）在降低接触热阻、提高热量传递效率方面发挥着关键作用。本文分析了导热界面材料的工作原理及其对接触热阻的影响，并通过实验数据验证了其有效性。

一、引言

在电子设备中，接触热阻（TCR）是影响散热性能的重要因素。接触热阻的存在会导致热量传递路径受阻，使得热量无法有效从发热元件传递到散热部件，进而造成局部过热和系统性能下降。为了改善这一现象，导热界面材料（TIMs）被广泛应用于电子设备中，以降低接触热阻，提高热量传递效率。

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2024-11-6 15:18 上传

二、接触热阻的成因

接触热阻主要由以下几个因素导致：

1. 微观不平整性：固体表面存在微观粗糙度，使得实际接触面积小于名义接触面积，导致热量传递路径受限。

2. 物理分离：即使在压力作用下，两个表面之间仍可能存在气膜或液体层，形成额外的热阻。

3. 氧化层和杂质：接触面可能存在的氧化物层、污染物质或焊接残留物会降低热导率。

4. 接触压力：过大的接触压力可能导致材料变形，反而增加热阻。

三、导热界面材料的作用及工作原理

导热界面材料主要通过填充接触界面处的空隙，增加实际接触面积，从而提高热量传递效率，降低接触热阻。这些材料具有高导热系数，能够有效替代界面处的空气，显著降低热阻。常见的导热界面材料包括导热硅脂、导热硅胶片、石墨片、铜箔以及相变材料等。

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以导热硅脂为例，其导热系数远高于空气，通过涂抹在两个接触面之间，可以填充微小空隙，增加实际接触面积，从而提高热量传递效率。此外，导热硅脂还具有一定的弹性和耐高低温性能，能够适应温度变化引起的热膨胀和收缩，保持稳定的接触效果。

· 导热硅脂：具有高导热系数和一定的流动性，能够填充微小空隙，提高热量传递效率。

· 导热硅胶片：柔软且具有一定的弹性，能够适应接触面的不平整性，保持稳定的接触效果。

· 石墨片：具有极高的导热系数和较低的密度，适用于需要高效散热且重量要求严格的场合。

· 铜箔：具有良好的导电和导热性能，适用于需要同时考虑电磁屏蔽和散热的场合。

四、实验验证与分析

为了验证导热界面材料对降低接触热阻的影响，本文进行了如下实验：

1. 实验设置：选取两个相同的发热元件，分别涂抹导热硅脂和未涂抹导热硅脂，然后将其与散热片紧密接触。通过测量发热元件的温度变化，评估热量传递效率。

2. 实验结果：实验结果显示，涂抹导热硅脂的发热元件温度明显低于未涂抹导热硅脂的发热元件。这表明导热硅脂有效降低了接触热阻，提高了热量传递效率。

3. 数据分析：通过对比不同导热材料下的接触热阻值，发现导热硅脂的接触热阻最低，其次是导热硅胶片和石墨片。这进一步验证了界面导热材料在降低接触热阻方面的有效性。

aoq15385137197 · 发表于 2024-11-9 13:54:43

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