网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

了不起的“夹心层”,芯片散热没它不行!

0
分享至

热界面材料(TIMs)是用于涂覆在散热器件与发热器件之间,降低它们之间接触热阻所使用的材料。当前电子器件朝着高功率方向发展,器件功率密度的提升,会使热流密度急剧上升。AI GPU等高性能计算芯片功耗已达千瓦级,若热量不能及时导出,将极大地影响设备的使用性能和寿命。为保证芯片工作产生的热量能够迅速传递到热沉,需要使用热导率高、电绝缘、粘接性好以及介电常数低的热界面材料填充二者的空隙,降低其接触热阻,提高热量传递效率。

根据在电子元件中应用的位置,TIMs可以分为TIM1和TIM2。TIM1用于芯片与CPU金属外壳之间,须具备电绝缘性能,防止芯片短路,多为聚合物基复合TIMs。TIM2用于外壳与散热器之间,没有电绝缘性能的要求,多为碳基TIMs。



01 热界面材料组成

常见的TIMs是由聚合物基体和导热填料组成,整体热导率由聚合物和填料的热导率、聚合物和填料之间的界面热阻以及填料之间的界面热阻决定。

聚合物基体包含高分子聚合物、有机硅以及合成树脂等材料。有机硅包含硅油、硅树脂、硅橡胶三大类。硅油为液态,具有良好的流动性,主要用于导热硅脂基材的制备;硅树脂能在室温下固化,有一定的粘接性,主要用于导热胶粘剂基材的制备;硅橡胶具有良好的弹性,有绝缘密封的作用,主要用于导热垫片和导热凝胶基材的制备。

除了聚合物基体,液态金属在室温下保持液态,具有导电性好、热导率高等特点,其性质不会因形态改变而受到影响,因此液态金属作为非绝缘TIMs的基体也具有很大的优势。


填料型高导热聚合物作用机理

通过引入高导热填料并在基体中构建有效的热传导通路,可显著提升复合材料的热导率。常用的导热填料主要包括陶瓷填料、金属填料、碳填料等。金属填料,如金、银、铜、铝、铁和镍,凭借其内部自由电子运动而具备极高的热导率,适用于电绝缘要求较低的应用;碳纳米管(CNTs)、石墨烯、碳纤维(CF)和金刚石等碳材料表现出超高热导率,被广泛用作制备高性能聚合物基热界面材料的填料;陶瓷填料如氮化硼(BN)、氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)等兼具高导热性与优良的电绝缘性,是制备绝缘导热复合材料的理想选择。

02 热界面材料种类

热界面材料按形态与应用特性大致分为导热凝胶、导热硅脂、导热垫片、导热相变材料等。

导热凝胶。导热凝胶由高导热填料和硅胶(弱交联固化)制备而成,在封装前为液态,封装完成后形成柔性的固态材料,有效避免了泵出效应。导热凝胶易加工成型、工艺简便且可实现全自动封装,目前已经广泛应用于微型电子器件领域。


图源:飞荣达

导热硅脂。导热硅脂又称导热膏,通常由流动性较好的黏性基体与高导热填料经脱泡法制成。常用的导热硅脂基体有二甲基硅油、乙烯基硅油、氢化硅油等。经高导热填料导热强化后,导热硅脂热导率可达1-10 W/(m·K)。导热硅脂对大部分基板具有较好的润湿性,且能实现较薄的厚度。但是导热硅脂在封装过程中容易溢出,且存在泵出效应、易干燥、寿命短等缺点,因此需频繁更换以保证其性能。


图源:中石科技

导热垫片。导热垫片是由高分子弹性聚合物结合高导热填料制成的片状柔性热界面材料。高分子弹性聚合物高度交联呈现固态,相对于导热硅脂操作难度低。导热垫片的BLT一般在0.2-3 mm之间,能有效适应不同热源间的高度差,对热应力吸收能力强,能提供一定的抗震性,无泵出效应;缺点在于较大的BLT增大了热界面材料体热阻,因此导热垫片热导率提升成为该材料的研究重点。


图源:汉高

导热相变材料。导热相变材料能够随着温度的变化由固态变成液态,通过产生的相变焓排除热量。它凭借低成本、特有的储热性能以及灵活精准的控温功能而受到了热管理方面的极大关注。但该材料导热能力有所缺乏,实际应用中通常加入高导热的填料制备复合导热相变材料以填补短板,使其能够实现高效的热传导,通常采用的填料有氧化铝、氮化硼等。


图源:傲川科技

03 热界面材料市场规模

全球热界面材料市场由海外企业主导,高端市场尤其被国际品牌垄断。据华经情报网数据显示,汉高、3M、信越化学、霍尼韦尔国际以及陶氏化学等企业凭借广泛的产品布局和强大的制造能力,占据约45%至50%的市场份额,杜邦、松下、日本电化等中型企业共同占据约30%至40%的市场份额。

在国内市场,随着5G的商用化,电子材料国产化进程加速以及导热散热材料在多应用领域的持续拓展,我国热界面材料市场规模持续增长,2024年中国市场规模达到10.27亿美元,预计2031年将达到21.64亿美元,年复合增长率预计为11.09%。

热界面材料可适配绝大多数电子元器件与终端设备。随着AI、5G及高功率硬件加速普及,TIM的价值不再局限于基础散热,还同步承载导电、电磁屏蔽等复合功能;片状、膏状、固态、液态等多品类产品形态持续迭代,拉动行业市场规模稳步扩张。长远来看,热界面材料在热管理体系中的战略地位将进一步凸显。

参考来源:
[1]彭昊燕等:微电子封装用芯片散热界面材料研究进展
[2]赖倩等:聚合物基热界面材料的研究进展
[3]曹可慰等:封装用热界面材料标准体系化发展建议
[4]张信峰:复合热界面材料导热强化机理及定向调控方法研究



特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
末日来临,大限将至

末日来临,大限将至

雪中风车
2026-10-23 00:31:10
肾脏科医生:立刻停止食用这种高蛋白食物,吃得越多,肾越吃力?

肾脏科医生:立刻停止食用这种高蛋白食物,吃得越多,肾越吃力?

路医生健康科普
2026-10-30 18:45:03
几个乡镇班子的人聊陈行甲:他要是没辞职,现在到什么位置了?

几个乡镇班子的人聊陈行甲:他要是没辞职,现在到什么位置了?

叮当当科技
2026-11-02 04:45:43
前苏联的错误绝不能再犯!中美对抗越激烈,中国就更需咬死这一点

前苏联的错误绝不能再犯!中美对抗越激烈,中国就更需咬死这一点

纪史行者
2026-08-08 09:52:59
当年我娶了个朝鲜媳妇,过了4年她头一回回门,我偷偷塞了8万块,等她回程拉开皮箱,我浑身直哆嗦

当年我娶了个朝鲜媳妇,过了4年她头一回回门,我偷偷塞了8万块,等她回程拉开皮箱,我浑身直哆嗦

墨染尘香
2026-11-01 16:02:11
女子半夜借口上厕所,约男网友发生关系,男网友嫌她长得丑不愿意,两人打起来,女子再次被发现身上盖满树叶

女子半夜借口上厕所,约男网友发生关系,男网友嫌她长得丑不愿意,两人打起来,女子再次被发现身上盖满树叶

丫头舫
2026-10-15 20:20:24
国锦赛赵心童戏剧性险胜,吴宜泽出局,国手半壁江山!1/8对阵出炉

国锦赛赵心童戏剧性险胜,吴宜泽出局,国手半壁江山!1/8对阵出炉

郝小小看体育
2026-11-03 00:15:19
出轨女子第二波聊天记录曝光,虎狼之词惊呆吃瓜网友,她嫌丢人开始批量投诉了

出轨女子第二波聊天记录曝光,虎狼之词惊呆吃瓜网友,她嫌丢人开始批量投诉了

汉史趣闻
2026-09-01 17:55:01
为啥很多人不愿做颈动脉彩超?医生:查一次,能5年躲开脑梗

为啥很多人不愿做颈动脉彩超?医生:查一次,能5年躲开脑梗

普陀动物世界
2026-11-02 17:51:09
小小徐翻车!上万人赴宴后引来吐槽,知情者曝内幕:他家根本就不穷

小小徐翻车!上万人赴宴后引来吐槽,知情者曝内幕:他家根本就不穷

仙味少女心
2026-11-02 10:54:44
演完《兰香如故》演《小城良方》,观众竟没认出来,可塑性太强了

演完《兰香如故》演《小城良方》,观众竟没认出来,可塑性太强了

楚楚号
2026-10-31 06:52:20
力压董宇辉登榜第一!千万网红顶流“复活”了,曾被限高停更3年

力压董宇辉登榜第一!千万网红顶流“复活”了,曾被限高停更3年

白鹭爱八卦
2026-09-23 10:01:00
今晚19:30,CCTV5直播王楚钦!WTT再战林德,孙颖莎退赛,国乒冲击双冠

今晚19:30,CCTV5直播王楚钦!WTT再战林德,孙颖莎退赛,国乒冲击双冠

体育就你秀
2026-11-03 00:35:09
5名越军特工混进团部,张口就要见“一号首长”,哨兵一个动作救了全团

5名越军特工混进团部,张口就要见“一号首长”,哨兵一个动作救了全团

纪史行者
2026-10-31 02:30:03
理想汽车回应常州停车场传言 网传上万台严重失实,系展车正常处置

理想汽车回应常州停车场传言 网传上万台严重失实,系展车正常处置

驱动中国
2026-11-02 15:50:03
终于破案了!逼赵本山退出春晚不是哈文和宋丹丹,原来是低调的他

终于破案了!逼赵本山退出春晚不是哈文和宋丹丹,原来是低调的他

蹲坑看世界
2026-07-31 14:29:25
总有人抱有幻想,我再说一遍,就算失业在家玩,也不要开网约车!

总有人抱有幻想,我再说一遍,就算失业在家玩,也不要开网约车!

乌克兰小静
2026-10-28 07:31:42
13年前男孩扶人被讹百万,老太发誓“骗人死全家”,后来成真了吗

13年前男孩扶人被讹百万,老太发誓“骗人死全家”,后来成真了吗

流云随风去远方
2026-10-21 17:20:43
柿子再次被关注!研究发现:糖尿病吃1次柿子,等于给血糖添堵?

柿子再次被关注!研究发现:糖尿病吃1次柿子,等于给血糖添堵?

汪医生健康百科
2026-10-19 22:25:03
犹太智慧:当你的存款超过三十万,请立刻逼自己学会3条止损铁律

犹太智慧:当你的存款超过三十万,请立刻逼自己学会3条止损铁律

阿胖读书
2026-07-20 14:47:14
2026-11-03 05:04:49
中国粉体网 incentive-icons
中国粉体网
财经视角看硬科技:固态电池、人形机器人、新能源产业链,聚焦产业格局、技术进展与商业落地。
778文章数 61关注度
往期回顾 全部

头条要闻

外籍男子凌晨突然被中国警察叫醒 原因引起关注

头条要闻

外籍男子凌晨突然被中国警察叫醒 原因引起关注

体育要闻

24岁老秀:说最狂的话,打最勇的球

娱乐要闻

宋慧乔首次公开离婚真相,原因心酸

财经要闻

央行:股票回购增持再贷款利率降至1%

科技要闻

连AI都有领导了!DeepSeek让它们自己抢活干

汽车要闻

百万超跑同款悬架? 第二代海豹07野心不小

态度原创

房产
手机
教育
时尚
数码

房产要闻

新一轮来了!海口官方,下场收房!

手机要闻

iPhone Duo开售一周黄牛亏懵了 商户:黄牛做折叠屏全部都亏

教育要闻

最适合国内985&211&英本申请的保底学校!

“漏斗领外套”今年秋冬又火了,怎么搭都时髦好看!

数码要闻

联想“LOQ 25-10”24.5英寸显示器上市:1080P 280Hz,599元

无障碍浏览 进入关怀版