中國粉體網(wǎng)訊 本文開始前，先針對生活中的兩個常見現(xiàn)象，問兩個為什么。
1. 在寒冷的冬天，讓你把手伸到空氣中你感覺很冷但勉強還能忍受，但如果讓你用涼水去刷碗，你會感覺更冷，你可能寧愿把碗摔了也不想刷，為什么？
2. 初中有一道常見的物理題，問“0℃的鐵棍和0℃的木棍握在手里，握哪個時會感覺更冷”，答案是握鐵棍時更冷，為什么？
帶著這兩個問題我們進(jìn)入今天的話題——熱界面材料。
熱界面材料是什么？
在智能手機剛興起的時代，我們每個人基本都有過這樣的經(jīng)歷：手機在使用時會變得越來越熱，嚴(yán)重時還會燙手。這是因為手機內(nèi)部的元器件在工作時產(chǎn)出的熱量沒有及時的散掉，導(dǎo)致機體快速升溫。
圖片來源：Pixabay
近些年的智能手機在發(fā)熱方面的問題已經(jīng)大大改觀，當(dāng)然，這不是因為內(nèi)部的元器件發(fā)熱少了，恰恰相反，由于手機、電腦等電子產(chǎn)品功能不斷強大，內(nèi)部集成電路組裝密度和工作頻率越來越高，其在運行過程中產(chǎn)生的熱量也越來越大。至于現(xiàn)在的手機似乎不那么熱了，主要是散熱技術(shù)相比以前進(jìn)步太多了。而散熱技術(shù)會涉及到一個關(guān)鍵的角色——熱界面材料，即是我們今天要講的東西。
熱界面材料是一種以高分子材料為基體、以具有絕緣、導(dǎo)熱性能的粉體為填料，經(jīng)過交聯(lián)或硫化制成的聚合物復(fù)合材料，通常是有機硅烷類和環(huán)氧類化合物，用于黏接固定電子元器件。
散熱器與發(fā)熱元器件之間的導(dǎo)熱界面材料
它通常用在發(fā)熱的元件和散熱器中間，可以在兩個表面形成良好接觸，從而驅(qū)除其間熱導(dǎo)率較低的空氣（熱導(dǎo)率只有0.025W/m·K）。
看到這里，最前面我們提出的兩個問題便有了答案：與空氣相比，由于水的熱導(dǎo)率高，在寒冷的冬天觸碰時熱量會比在空氣中散失的更快，這讓你感覺更冷；同樣的道理，鐵的熱導(dǎo)率遠(yuǎn)高于木材，所以握住鐵棍時手上的熱量散失的更快，所以握住鐵棍你明顯有一種“透心涼”的感覺。
小編用兩個例子說明不同的材料導(dǎo)熱性不同，會帶來不同的結(jié)果。由于熱界面材料在元件和散熱器之間的空隙代替了低熱導(dǎo)率的空氣，自然可以提高散熱性能。據(jù)了解，使用熱界面材料后可以將散熱器效率由不足40%提高到90%以上，因此廣泛應(yīng)用于IC封裝、鋰電池散熱、LED封裝、電機散熱等。
熱界面材料的特征、分類及技術(shù)指標(biāo)
特征
導(dǎo)熱界面材料主要用于電子設(shè)備的散熱，因此一般要求具有以下特征：
（1）高導(dǎo)熱性；
（2）高柔韌性，保證在較低安裝壓力條件下熱界面材料能夠最充分地填充接觸表面的空隙，保證熱界面材料與接觸面間的接觸熱阻很小；
（3）絕緣及無毒。
分類及應(yīng)用
（1）導(dǎo)熱灌封膠
導(dǎo)熱灌封膠是以一種雙組分的硅膠作為基礎(chǔ)原料，添加一定比例的導(dǎo)熱填料，固化形成導(dǎo)熱灌封膠。導(dǎo)熱灌封膠在未固化前為液體狀，具有流動性。導(dǎo)熱灌封膠完全固化后才能實現(xiàn)它的使用價值，固化后可以起到防水防潮、導(dǎo)熱、密封、防腐蝕、防塵、絕緣、耐溫、防震的作用，可用于模塊的整體封裝。
（2）導(dǎo)熱硅脂(導(dǎo)熱膏)
具有一定流動性或呈黏稠狀的膏狀物，用于填充微小間隙，比如將膏體涂覆在CPU和散熱器之間，發(fā)熱堆和殼體之間，將空氣擠壓出去，形成散熱通道。
（3）導(dǎo)熱墊片
是一種柔性可壓縮的彈性材料，在施加一定壓力的情況下，能很好地順應(yīng)接觸不規(guī)則的表面，填補固體間的空隙，而又不會對元器件造成污染，用于電子電器產(chǎn)品的控制主板、LED散熱、電機內(nèi)外部墊腳、鋰電池?zé)峁芾淼取?/p>
（4）導(dǎo)熱相變材料
在常溫時處于固態(tài)，在吸收功率器件熱量后，達(dá)到一定溫度才融化為液態(tài)，因此可以很好地浸潤固體界面，從而減少熱阻，它既能吸收熱量，又有良好的傳熱性，綜合了導(dǎo)熱硅脂和導(dǎo)熱膠墊的優(yōu)勢，既解決了硅脂涂抹操作難的問題，也解決了導(dǎo)熱膠墊因為厚度和界面熱阻帶來的導(dǎo)熱效果的問題。
主要技術(shù)指標(biāo)
表征熱界面材料的性能的技術(shù)指標(biāo)除常規(guī)的密度、白度等物理指標(biāo)外，還包括導(dǎo)熱性能指標(biāo)以及機械強度、電氣性能指標(biāo)。常規(guī)的物理指標(biāo)包括密度、顏色、阻燃等級、揮發(fā)份、錐入度、游離度等。導(dǎo)熱性能是衡量導(dǎo)熱界面材料最重要的指標(biāo)，通常以熱導(dǎo)率、熱阻來表征。機械強度一般針對導(dǎo)熱膠墊類產(chǎn)品，通常以拉伸強度、硬度等表示。電氣性能一般包括體積電阻率、擊穿電壓等指標(biāo)。
圖片熱界面材料產(chǎn)業(yè)鏈
填料的導(dǎo)熱性能是影響熱界面材料的重要因素，圖為常用填料的導(dǎo)熱參數(shù)對比
中國熱界面材料市場有多大？
隨著中國制造業(yè)水平的不斷提升，以及熱界面材料下游新興應(yīng)用領(lǐng)域如數(shù)據(jù)中心、新能源汽車、可穿戴設(shè)備等的高速發(fā)展，其散熱需求也將同步上升，中國熱界面材料行業(yè)市場規(guī)模呈現(xiàn)上漲態(tài)勢，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2022年中國熱界面材料行業(yè)市場規(guī)模約為15.45億元，產(chǎn)值約為3.7億元。
圖片來源：智研咨詢
從細(xì)分熱界面材料市場份額來看，聚合物基類占據(jù)了絕大數(shù)市場份額，其導(dǎo)熱性能好、導(dǎo)電性能優(yōu)異、良好的機械性能、易于加工等優(yōu)勢時期廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備和電子元件中，可以提高電路性能和工作壽命，為人們的生活和工作帶來了很大的便利。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2022年中國聚合物基類熱界面材料行業(yè)市場規(guī)模約為13.59億元，占比為87.96%；相變材料市場規(guī)模約為1.43億元，占比為9.26%；金屬類熱界面材料市場規(guī)模約為0.43億元，占比為2.78%。
市場競爭格局
導(dǎo)熱材料行業(yè)具有較高的進(jìn)入壁壘，此類產(chǎn)品在終端中的成本占比并不高，但其扮演的角色非常重要，因而供應(yīng)商穩(wěn)定性較好、獲利能力穩(wěn)定。所謂的壁壘可簡單理解為技術(shù)壁壘和供應(yīng)商認(rèn)證壁壘。技術(shù)壁壘就是材料研發(fā)的資金投入及專利技術(shù)積累。與多數(shù)材料化工行業(yè)相類似，導(dǎo)熱材料行業(yè)的供應(yīng)商一旦進(jìn)入其體系，輕易不會更換。
自20世紀(jì)90年代以來，以美國為代表的發(fā)達(dá)國家大學(xué)和科研機構(gòu)(如麻省理工學(xué)院、佐治亞理工學(xué)院等)、美國軍方(DAPA項目)和骨干企業(yè)(Intel，IBM等)都投入巨大力量持續(xù)進(jìn)行熱界面材料的科學(xué)探索和技術(shù)研發(fā)。這帶來了美國和日本的企業(yè)，如Laird(萊爾德)、Chomerics(固美麗)、Bergquist(貝格斯，漢高收購)、Fujipoly(富士高分子工業(yè)株式會社)、SEKISUI(積水化學(xué)工業(yè)株式會社)、DowCorning(道康寧-陶氏)、ShinEtsu(信越化學(xué)工業(yè)株式會社)和Honeywell(霍尼韋爾)等占據(jù)了全球熱界面材料90%以上的高端市場。
由于我國本土企業(yè)早期缺乏核心技術(shù)，主要高端導(dǎo)熱材料生產(chǎn)基材還是需要國外生產(chǎn)制作商提供，產(chǎn)品性能指標(biāo)以及研發(fā)積累與歐美企業(yè)仍存在一定差距。對比國外知名的熱界面材料生產(chǎn)廠商，如日本信越、美國道康寧、德國漢高、美國固美麗等，我國熱界面材料生產(chǎn)廠商的性能較差，無法滿足高端芯片的封裝要求。其主要問題是，我國熱界面材料生產(chǎn)的原材料(如有機硅、氧化鋁、鋁和氮化鋁)純度不夠，熱界面材料復(fù)合工藝水平有待提高。
參考來源：
[1]李建忠等.導(dǎo)熱界面材料及導(dǎo)熱填料Al2O3的技術(shù)研究
[2]楊斌等.熱界面材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與研究進(jìn)展
[3]趙敬棋等.導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料的研究進(jìn)展
[4]智研咨詢
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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