近年來，光伏、電動汽車、5G通訊和移動電子領域的大爆發，為器件的散熱帶來了越來越高的要求。導熱界面材料是一種典型的導熱材料，可廣泛涂覆于各種電子產品、動力電池、電器設備中的發熱體（功率管、可控硅、電熱堆等）與散熱器（散熱片、散熱條、殼體等）之間的接觸面，起傳熱媒介作用，同時還具備防潮、防塵、防腐蝕、防震等性能。不過由于各領域實際散熱需求和其他功能需求各不相同，對于導熱界面材料的要求也存在一定差異。以下將盤點導熱界面材料的幾大熱門應用領域的要求差異

來源：AUTO行家

1、新能源動力電池

動力電池作為新能源汽車的主要動力源，其續航里程的提升需要在一定的空間內布置盡可能多的電芯，這導致動力電池內的散熱空間非常有限，在車輛運行時，電芯產生的熱量會逐漸在狹小的散熱空間內積聚，輕則降低電池的充放電效率，影響電池的功率；嚴重則還會導致熱失控，影響系統的安全性和壽命。因此，需要采用具有一定導熱性能的導熱灌封膠實現電芯之間的灌封，以及電芯模塊組整體與散熱板之間的灌封。由于新能源動力電池，動力電池電芯的最佳工作溫度帶很窄，一般為20-40°C之間，小于65℃，要保障汽車運行安全和最佳的電池工作性能，一般要求導熱膠灌封膠的熱導率達到3W/(m·K)以上，除此之外，電池導熱膠還需具備低密度，抗震，阻燃和耐85老化等性能，以滿足電池高質量密度和高安全可靠性的核心需求。

導熱灌封膠在新能源動力電池中的應用（來源：諾之泰實業有限公司）

2、光伏逆變器

隨著全球對可再生能源需求的日益增長，光伏產業快速發展，光伏逆變器作為太陽能光伏發電系統中的核心部件之一，可以將光伏發電系統產生的直流電轉換為生活所需的交流電。光伏逆變器的主要散熱元件為IGBT和逆變電感，它們在運行過程中產生大量熱，這部分熱量會使功率器件管芯發熱、結溫升高，將導熱灌封膠填充于逆變電感，IGBT模塊和殼體之間，能夠有效地降低設備內部溫度，提高設備的穩定性和可靠性。

一般而言，光伏逆變器的導熱系數要求為不低于2.0W/mK，耐電壓不低于5kV/mm。同時，為了保護控制電路板和元件免受外界環境和機械力的影響，保護電路的安全和穩定，應用于光伏逆變器的導熱灌封膠還要求具有一定的抗震、抗沖擊、防塵、耐紫外線、防水防潮、絕緣等性能。此外，由于光伏系統的壽命一般在20年左右，對應用于光伏逆變器的導熱膠壽命要求也較高，通常使用壽命要求在8年以上。

光伏逆變器（來源：聚力新材料）

3、5G基站

基站是典型的封閉式自然散熱設備，其散熱方式是讓功率器件的熱量先傳到外殼，再由外殼傳導到空氣。為了減小外殼與內置功率器件的熱阻，需要借助導熱膠填充于其中，構建良好的散熱路徑，提升5G基站產品的穩定性和可靠性。考慮到5G基站的電子設備加工屬性，往往采用點膠工藝進行施工提升自動化效率，因此需要將導熱膠制備成具有低應力、高壓縮模量的凝膠狀態。

相比4G基站，5G基站內置的天線振子從10-40個增加到了128-256個，功放、射頻、數字芯片要處理的數據量呈現爆炸式增長，隨之產生的“廢熱”也跟著飆升，因此5G基站應用的導熱凝膠要求具有極高的熱導率（> 5 W·(m·K)），此外由于基站的工作環境較為復雜，導熱凝膠需要具有耐高低溫沖擊、抗開裂以及不垂流的能力，以保證5G基站產品實現更好的穩定性和可靠性。

珠穆朗瑪峰上的5G基站（來源：東方ic）

4、芯片封裝、散熱

如今，人工智能、物聯網等的崛起，芯片的算力需求增長顛覆想象，面對日益龐大的算力集群，芯片需要在較小范圍內進行大量堆疊，保證芯片間的信息傳輸速度足夠快。目前，常采用倒裝焊的封裝方式代替傳統的引線焊接，以此提升芯片內的互連密度。

倒裝焊芯片封裝解構

來源：SEMI.《2020年中國半導體報告》

在這種封裝內，導熱膠主要應用于填充芯片與封裝外殼、底部電路板之間的縫隙以及封裝外殼與散熱器之間的縫隙。

芯片與封裝外殼、封裝外殼與散熱器之間的填充主要采用具有良好流變性能的導熱硅脂，由于芯片的工作溫度常達到60-70℃，芯片處所用的導熱材料對于熱導率要求非常高，需達到5 W·(m·K)以上，并要求具備低粘合層厚度、高柔韌性、高導熱系數、低接觸熱阻、適當的熱膨脹系數等基礎性能。此外，為了保障電路安全，填充于芯片與封裝外殼間的填充材料還需要具備電氣絕緣性，芯片外部用于連接封裝外殼與散熱器的填充材料作為可分離界面，則一般沒有電絕緣性能要求。

來源：深圳市星河達科技有限公司

而底部電路板與芯片之間的填充主要采用具有良好流動性和附著力的底部封裝膠，以此緩解芯片與基板之間因熱膨脹系數差異所造成的熱應力失配，提高器件結構強度和可靠性，增強芯片和基板間的抗跌落性能，同時將部分熱量傳遞到封裝基板上。因此理想高性能底部填充材料需要具備良好的應同時具有一定的導熱系數（>1.0 W/(m·K)）、高電阻率（>10¹²Ω·cm）、低黏度（298 K下< 20 Pa·s）、適當的熱膨脹系數（25-30 ppm/K）、高玻璃化轉變溫度（>398K）、低介電常數（298 K和1 kHz下小于 4.0）和低的介電損耗因子（298 K和1 kHz時< 0.005）。

底填材料填充示意（來源：半導體全解）

小結

目前，導熱界面材料已經在通訊、光伏、鋰電、電子設備等領域取得了廣泛應用，并呈現出全面開花的趨勢。新興應用領域的涌現對導熱界面材料提出了更為多元化的要求，使其不再局限于僅在導熱性能上的提升，而是朝著多功能性的方向發展，包括介電、絕緣、高可靠性、阻燃性等多個方面，以便能夠更好地適應各個領域的具體需求，從而推動相關行業實現技術的進步和創新。

參考來源：

1、《導熱膠在光伏、新能源和電子通訊領域的異同》.導熱高分子材料

2、《導熱灌封膠-光伏逆變器的得力助手》. 銳騰新材料

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