當今現代電子設備趨向高度集成化和微型化的方向發展，提升了設備的便攜性和處理能力的同時，也凸顯了散熱方面的緊迫需求。導熱墊片作為一種備受關注的熱界面材料（TIM），其柔軟、貼合性良好的特性可以填充發熱元器件和散熱器之間的孔隙和缺陷，并迅速排出其中的空氣，使熱量在接觸界面得以高效傳遞，極大增強了散熱器的散熱性能，因此在芯片組、IC控制器、通訊類硬件、汽車控制組件、消費類電子產品和智能家電等領域的散熱系統中得到了廣泛應用，而針對不同的應用，導熱墊片的選擇也有所不同。

導熱墊片應用領域（來源：上海九櫻新材料）

一、基材的選擇

常見的導熱墊片的基材有兩種高分子材料體系：有機硅和非硅。

1、有機硅體系——耐候性、力學性能好

有機硅聚合物中含有電負性差異較小的硅氧烷，使得有機硅聚合物具有優異的化學穩定性，同時也使其物理特性（如粘度，模量等）隨溫度變化不明顯，具有優異的耐候性、阻燃性，因此導熱界面材料大多基于有機硅體系，但小分子硅氧烷D3~D10的存在，始終是個困擾終端客戶的問題。D3~D10是非反應型的環狀硅氧烷混合物，在持續的受壓、受熱下有一定的揮發性，在應用到電子產品后，可能會擴散到電子元器件表面，導致器件的觸點導電失效。除此之外，有機硅主鏈在發生斷裂降解后會生成二氧化硅絕緣層，其對電子元器件也會造成電氣失效和磨損，因此不適宜對硅析出敏感的電子電氣產品上。

導熱硅膠墊片

（來源：東莞市精朗電子有限公司）

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2、無硅油體系——無硅油溢出風險

相反，非硅導熱墊片采用了無硅油聚合物體系（如聚氨酯、丙烯酸樹脂），解決了有機硅導熱墊片硅油小分子釋放的問題，能夠保證精密電子產品的穩定性，可應用于硅析出敏感的特殊領域（比如光學設備、硬盤、高清攝像頭等），但大多非硅導熱墊片采用的特定有機物耐溫性、阻燃性不如有機硅體系、硬度也偏大，在使用溫度等參數略會低于有機硅產品，在防火等級高的領域應用受限。

非硅導熱墊片（來源：深圳市向欣電子科技有限公司）

二、填料的選擇

導熱墊片中的有機物基體一般都是熱的不良導體，其導熱系數一般都低于0.5 W/（m·K），因此需要在其中添加一定量的高導熱填料制備成復合材料來提升其導熱性能。目前，導熱墊片中的導熱填料包括金屬填料、無機陶瓷填料以及碳系填料。

1、金屬填料——高熱導率、非絕緣應用

金屬填料主要有金、銀、銅、鋁、鐵、鋅等，其導熱機理主要是依靠電子運動來進行。這些電子之間相互碰撞可以實現快速傳熱，由于電子本身攜帶電荷，電子遷移過程中攜帶了大量的能量，故其導熱率很高，但由于其同時也是電的良導體，因此金屬填料填充的導熱墊片在絕緣應用上受限。

常見金屬填料導熱系數

一般來說，純金屬的晶格具有整齊性，自由電子運動所受的干擾小，故其導熱系數值大于合金，而合金的導熱系數則受雜質含量影響，雜質含量越多，導熱系數值越小。

自由電子導熱示意圖（來源：泰吉諾新材料）

2、無機陶瓷填料——綜合性能好、可用于絕緣領域

無機陶瓷填料的導熱機理主要依靠聲子導熱，熱能擴散速率主要取決于鄰近原子或結合基團的振動，主要有碳化物（碳化硅等）、氧化物（氧化鎂、氧化鋁、氧化鈹）和氮化物（氮化硼、氮化鋁等），它們具有優良的絕緣性能、力學性能、耐高溫性能、耐化學腐蝕性能等，但由于氧化物填料受到聲子平均自由程及微觀結構如晶粒尺寸、晶格缺陷、雜質和界面等影響較大，其實際導熱系數普遍偏小。

聲子導熱原理（來源：模切涂布Family）

無機陶瓷填料導熱系數

3、碳系填料——超高導熱領域

碳系填料包括石墨、石墨烯、金剛石、炭黑和碳纖維等，雖然在碳系填料中熱量也主要通過聲子傳遞，但是由于獨特的晶體結構和它不同同素異構體在不同方向上相鄰碳原子間距不同，導致聲子的碰撞過程不同，使得它們的導熱系數跨越了5個數量級，從室溫下無定形碳的0.01 W/(m·K)到2000 W/(m·K)的金剛石再到碳納米管驚人的3000~3500 W/(m·K)，幾乎是傳統金屬材料鐵、鋁及銅的10倍，但是由于碳纖維、碳納米管和石墨烯的導熱都具有顯著的各項異性，故這些材料的取向排列對最終熱界面材料的性能影響巨大，一般需要在填充結構和填充方法上對其進行設計，這也同時意味著生產工藝較為復雜，導致目前成本較高。

碳系填料導熱系數（來源：泰吉諾新材料）

積水保力馬碳纖維導熱墊片

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三、加強材料

由于導熱墊片本身硬度較低、強度很小，在壓縮時可能存在破損或者被散熱器件的毛刺等刺穿，從而引發絕緣失效的現象。所以，實際使用中若導熱墊片較薄（<1mm）或需要應用于高壓、絕緣區域（如PACK電池包、水冷散熱等領域）時，可采用增加了一層強化材料[如PI（聚酰亞胺）膜、矽膠布（含玻纖）等]的產品。而導熱墊片厚度較大（＞1mm）時，則可無需采用強化材料增強的產品，避免增加熱阻，影響其導熱性能。

無強化材料以及中間玻璃纖維和表面矽膠布增強的導熱墊片

無強化材料以及玻璃纖維、矽膠布增強的導熱墊片各項性能對比如下：

絕緣性：PI膜強化＞矽膠布強化>無強化，影響絕緣，絕緣性越高，電氣性越好；

強度：PI膜＞矽膠布>無強化，影響耐磨損，強度越高，耐磨損、耐拉扯、耐刺穿性能越好。

導熱性：無強化＜矽膠布＜PI膜，影響導熱效果；

參考來源：

1、陳繼良《從零開始學散熱》

2、孟叢叢.導熱硅膠墊選型和性能探究[J].汽車零部件.

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