热界面材料或 TIM 是在两个或多个固体配合表面之间传导热量的产品。例如，这些材料可以通过充当两个配合表面之间的间隙填充物来帮助涉及半导体器件和散热器的热管理。通过这样做，这些材料改善了两个表面之间的热传递，提高了热管理系统的效率。根据IDTechEx发布的题为“2024-2034年热界面材料：技术和市场分析”报告披露的全球TIM市场规模数据，该报告预测到2034年，全球 TIM 市场规模将达到约 70 亿美元。

为什么电子设备会变热？

电子设备由于称为电阻或简单电阻的物理现象而变热。当电压施加到导体上时，自由电子开始移动。这些自由电子在流动时与导体材料的原子粒子碰撞。这种碰撞导致流动的电子和导体的原子粒子之间的摩擦（电阻），产生过多的热量。

现代电子设备中热能产生率最高的设备包括发光二极管 （LED） 和计算机处理单元，例如 GPU、CPU 和 TPU。变压器、电阻器、转换器和逆变器等电压变化装置也释放出高热能。因此，保持这些设备冷却以确保最佳性能和可靠性至关重要。因此，通常采用热管理系统将设备温度保持在规定的范围内。

电子冷却技术可以是被动的，也可以是主动的。被动冷却方法利用自然传导、辐射和对流来冷却电子设备。另一方面，主动冷却方法需要外部能量来冷却电子设备或组件。显然，与主动冷却相比，主动冷却更有效，但成本更高。但是，使用热界面材料代替空气可以提高被动冷却的效率。

什么是热界面材料？

热界面材料或 TIM 是经济高效且节能的被动热管理解决方案，有助于保持电子设备或组件的推荐工作温度。此外，它们还有助于半导体器件和散热器之间的热传导。这两个配合组件的表面可能看起来很平坦。但是，仔细检查会发现一些断断续续或缺陷，例如毛孔或工具痕迹。这些微小的裂缝和划痕会阻止两个部件之间的实际物理接触。由此产生的间隙被低导热率空气填充，这导致接口表面之间的热阻更高。

使用 TIM 进行被动冷却的主要目的是用具有比空气更好的导热性的物质填充配合表面之间的间隙。典型的 TIM 导热大约是置换空气的 100 倍。热界面材料被认为是任何高效热管理系统的重要组成部分。这些材料广泛用于消费和工业电子系统，以确保高效散热并防止局部温度过载。TIM 应用的一些行业包括电信、服务器、游戏、汽车和航空航天。

有几种热界面材料可用于满足不同的电子热管理要求。最常见的包括：

（1）导热胶带

作为一种散热器连接方法，导热胶带消除了对外部夹具的需求，从而降低了整体硬件要求。它们填充有压敏胶 （PSA），涂覆在聚酰亚胺薄膜、玻璃纤维、铝箔或垫子等支撑材料上。它们通常出现在“粘性”便条纸和绷带上。当对它们施加轻微压力时，PSA会通过接触粘附在表面上。除了热性能之外，它们的粘合性能推动了导热胶带的使用。然而，这些胶带的应用有限，通常不适用于带有凹面的球栅阵列（BGA）封装。

（2）导热胶

尽管环氧树脂和有机硅配方等导热粘合剂被忽视了TIM选项，但它们可以通过提供卓越的机械粘合来减小系统的尺寸和重量。从根本上说，导热胶是一种高性能的紧凑型热界面材料封装，具有长期可靠性。

（3）相变材料

在55-65°C的相对较低的温度下，PCM可以从固态变为粘性液体。它们通常用作润滑脂型热界面材料的替代品。其独特的相变特性使得在室温下更容易地将材料作为固体进行处理和加工。在较高的工作温度下，它们可以保持流体的顺应性和润湿性能。在手动装配过程中，PCM 处理起来更整洁，通常没有干燥问题，并且可以在将来的装配过程中预先应用。

（4）先进材料

先进材料由一种基于热解石墨的相对较新的热材料组成。它具有热各向异性的有趣特性（这种特性允许材料在不同方向上具有不同的特性）。由于其独特的品质，这些基于石墨的热界面材料可以在便携式消费设备的狭小范围内移动热量。它们还可用于需要高效热管理解决方案的其他设备或组件。

导热垫片、导热凝胶、导热硅脂、相变材料、导热垫片以及金属材料等这些常见的TIM产品都已经在电子行业中得到广泛应用。其中，传统导热垫片类TIM通常为球形氧化铝填料的复合材料，其热导率通常在7-8 W/m·K左右。