作為普遍用于IC封裝和電子散熱的材料，導熱界面材料在熱管理中起著至關重要的作用：它可以填充設備表面和散熱器之間細微的空隙及凹凸不平的孔洞，在電子元件和散熱器間建立有效的熱傳導通道，將器件產生的熱量迅速傳遞和散發，以確保設備在高負荷運行時能夠保持穩定的溫度。為了迎合當前電子設備不斷迭代升級的需求，研發人員和各大下游用戶紛紛將目光聚焦在導熱界面材料傳熱性能的提升上，以期更好地滿足設備熱管理的迫切需求。

來源：深圳市星河達科技有限公司

導熱界面材料在提供熱導通的過程中，導熱系數和熱阻是兩個關鍵的性能參數：眾所周知，導熱系數是用來度量材搜索料傳導熱量的能力，導熱系數愈高，熱量在該材料內的損耗就越少；而熱阻則是某種材料在單位面積上阻止熱量穿過的能力，是材料導熱性能提升的“攔路虎”。因此，提升導熱界面材料的傳熱性能，不能僅僅關注其導熱系數的數值大小，如何降低熱阻也是不可忽視的一個重要問題。

如何降低導熱材料界面熱阻？

導熱界面材料主要由有機基體和無機填料組成，熱阻的產生主要是由于兩個相鄰的固體表面之間的界面層之間的作用力較弱，界面處聲子振動頻率不匹配從而造成大量的聲子散射，而導致了熱阻的增加。根據界面不同，界面熱阻分為三類：填料與填料間界面熱阻、填料與基體之間的界面熱阻、 熱界面材料與器件之間的界面熱阻。

1、填料與填料間的界面熱阻

導熱界面材料中的填料可采用相同種類的填料，也可采用由不同種類填料搭配而成的雜化填料。

相同填料間主要是因為填料之間被聚合物基體所分隔，導致填料間仍然存在空隙而彼此不能直接接觸，導致產生了較大的界面熱阻。在這種情況下可以通過增加填料的添加量、定向排列、顆粒級配等方式，使填料在彼此接觸、堆疊等作用下構建連續的導熱通路，從而降低界面熱阻。

①增加填料添加量：隨著填料比的增加，填料間距逐漸減小，當填料的添加量達到某一臨界值時，填料彼此接觸、堆疊，導熱通路得以形成，界面熱阻也就因此降低。但值得注意的是，值得注意的是，當填料比進一步增加，直到超過閾值時，此時原有的導熱網絡被破壞，不僅會引起材料內部的聲子散射，對界面熱阻起到反作用，還會對復合材料的加工性能、機械性能造成極大的影響。

導熱網絡的形成

②定向排列：碳纖維、片狀六方氮化硼等一維、二維導熱填料由于存在各向異性，一般可利用力場、磁場、電場及冰模板法等方法誘導高度取向有序結構的形成，來增大填料間有效接觸面積，從而降低界面熱阻。

隨機排列與定向排列的碳纖維導熱界面材料

③顆粒級配：將尺寸差異較大或不同形貌的無機導熱粒子填充進 聚合物基體中，不僅能夠產生協同增強效應，還能將彼此分離的顆粒相互連接，起到橋接的作用，增加可供聲子傳導的界面，致力于降低填料間的界面熱阻。

顆粒級配示意圖

在雜化填料協同增強導熱的研究中，還由于不同填料較差的界面親和力和聲子譜不匹配導致聲子在不同填料界面處發生嚴重的聲子散射。因此要降低雜化填料間的界面熱阻，還需要對填料表面進行處理，使之形成更強的界面結合。 目前，可通過共價鍵改性來對填料表面進行處理，共價鍵 共價鍵擁有比氫鍵和范德華力更強的結合力，填料之間共價鍵結合被認為是減小粉體間界面熱阻的重要方法，可有效提升其導熱性能。

BN 與 GO之間的共價鍵改性

Yao等利用高能球磨促使BN 與 GO 間形成 C-N、C-B 鍵實現了共價鍵連接，很好的降低了填料之間的界面熱阻，制得的3D BN-rGO/EP 復合材料在填料總含量為 13.16 vol%時，面外熱導率達到了 5.05 W/(m·K)。

2、填料與基體間的界面熱阻

導熱界面材料的填料大多是無機材料，與聚合物基體難以浸潤。在固化過程中，未處理的填料與聚合物基體連接不緊密，會產生大量氣孔和間隙，導致填料與聚合物基體間產生極大的界面熱阻，降低材料的導熱能力。

表面改性劑（硅烷偶聯劑）改性機理

表面改性是降低填料與聚合物間界面熱阻最非常有效的方式之一，通過改性可以改變填料的表面張力，減少無機填料的團聚，改善填料表面與基體的親和程度，減少復合材料內部缺陷（氣孔，斷裂），減少復合材料內部界面熱阻。目前應用最廣的超新粉體表面改性處理方法是對填料進行表面化學修飾，主要是依靠有機單體、有機低聚物、表面活性劑、偶聯劑等表面處理劑在粉體顆粒表面的吸附、反應、包覆或包膜來實現。

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3、導熱界面材料與器件間的界面熱阻

在實際設備中，熱界面材料與器件的界面熱阻也稱為接觸熱阻，當熱量流過兩個相接觸的固體的交界面時，界面本身對熱流有阻礙作用，其表面熱傳導效率會有所降低。一般而言，表面粗糙度、表面平整度、夾緊壓力、不均勻性和材料厚度等因素都對材料的熱阻有很大影響。因此，可在導熱界面材料的制備工藝以及應用過程中下功夫，來降低導熱界面材料與器件間的界面熱阻：

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1、提高導熱界面材料的制作工藝，使之擁有更好的柔韌、壓縮性，以便更好地貼合散熱器件的接觸面，導熱界面材料與器件之間的貼合程度越好，貼合面積越大，對應的接觸熱阻就會降低，散熱性能也會隨之提高；

2、在使用導熱界面材料貼合器件時，盡可能降低兩個器件之間的縫隙，即提高兩器件對導熱界面材料的夾緊壓力，使其相互之間接觸面更大，厚度更小，從而降低接觸熱阻；

參考來源：

1、紀超. 導熱復合材料中多組分填料的協同作用的研究[D].深圳大學.

2、張榮,劉卓航,熊文偉等.氮化硼/聚合物導熱復合材料界面熱阻調控研究進展[J].材料導報.

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