散熱管理的新選擇——導(dǎo)熱墊片

隨著工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)材料不斷提出新的要求。在電子電器領(lǐng)域，由于集成技術(shù)和組裝技術(shù)的迅速發(fā)展，電子元件、邏輯電路向輕、薄、小的方向發(fā)展，發(fā)熱量也隨之增加，從而需要高導(dǎo)熱的絕緣材料，有效的去除電子設(shè)備產(chǎn)生的熱量，這關(guān)系到產(chǎn)品的使用壽命和質(zhì)量的可靠性。

以前常用的冷卻方法有：自然冷卻、通風(fēng)或者使用更大的機(jī)殼。隨著發(fā)熱區(qū)域越來(lái)越廣，產(chǎn)生的熱量也越來(lái)越大，迫使電子設(shè)備廠商不得不采取更為有效的散熱措施。熱界面材料也就應(yīng)運(yùn)而生。

導(dǎo)熱墊片就是熱界面材料中的一種，廣義上講，是指能起傳導(dǎo)熱效果的片狀物體，這樣的物體可以是金屬板、環(huán)氧導(dǎo)熱片材、導(dǎo)熱塑料、導(dǎo)熱橡膠等；一般來(lái)說(shuō)，我們將使用硅橡膠材質(zhì)作為基礎(chǔ)框架、填充導(dǎo)熱物質(zhì)的片狀導(dǎo)熱絕緣硅橡膠材料稱為導(dǎo)熱墊片，也稱為導(dǎo)熱硅橡膠。

導(dǎo)熱墊片作為熱界面材料中的一種，其相較于其它熱界面材料的優(yōu)點(diǎn)是比較明顯的。

首先，導(dǎo)熱墊片具有可壓縮性，柔軟且有彈性，對(duì)于低壓力下的應(yīng)用環(huán)境有緩沖和防震的作用；

其次，導(dǎo)熱墊片均有一定的自粘性，對(duì)于不需要高粘性的應(yīng)用場(chǎng)合來(lái)說(shuō)，不需要額外在導(dǎo)熱墊片表面涂抹粘合劑；

第三，導(dǎo)熱墊片的厚度是可選擇的，對(duì)于不同的間隙，可選擇不同厚度的導(dǎo)熱墊片，也就是說(shuō)，導(dǎo)熱墊片具有更為寬廣的應(yīng)用環(huán)境；

第四，區(qū)別與導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱灌封膠及導(dǎo)熱相變材料等其它熱界面材料，導(dǎo)熱墊片可以方便地重復(fù)使用，對(duì)于安裝、測(cè)試非常重要；

最后還要指出的是，導(dǎo)熱墊片的導(dǎo)熱系數(shù)是很穩(wěn)定的，不會(huì)因?yàn)楹穸鹊脑鰷p而影響熱傳導(dǎo)效果，這一點(diǎn)較之導(dǎo)熱硅脂有很大的不同。

從傳熱與輔助散熱效果來(lái)看，導(dǎo)熱墊片與其它導(dǎo)熱材料區(qū)別并不大，如果有區(qū)別也只是由導(dǎo)熱系數(shù)高低引起的。它們真正的區(qū)別在于不同的應(yīng)用領(lǐng)域，或者說(shuō)不同的應(yīng)用部件。適合導(dǎo)熱墊片的應(yīng)用領(lǐng)域主要是：高速硬盤驅(qū)動(dòng)器、PCB板、內(nèi)存模塊、功率電源模塊、散熱模組、晶體管、電子管、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置、通訊硬件、家用電器、LCD、大功率LED、移動(dòng)設(shè)備以及軍事用品上。在這些領(lǐng)域之所以使用導(dǎo)熱墊片而不是導(dǎo)熱硅脂等其它熱界面材料，主要有以下幾點(diǎn)：

1）導(dǎo)熱墊片可以重復(fù)安裝，對(duì)生產(chǎn)操作比較有利：即節(jié)約時(shí)間又比較省事；而導(dǎo)熱硅脂涂抹不方便、且不方便重復(fù)安裝操作，比較費(fèi)時(shí)費(fèi)事；

2）這些電子產(chǎn)品內(nèi)部的電子元器件比較集中，因而會(huì)使得各個(gè)電子元器件之間高低不一，使用導(dǎo)熱墊片一般一片就可以覆蓋全部發(fā)熱源。

3）這類電子元器件與散熱器件的距離一般都較大，而導(dǎo)熱硅脂在厚度增大時(shí)熱阻也會(huì)急劇增大，對(duì)熱傳導(dǎo)非常不利，導(dǎo)熱墊片則不會(huì)因?yàn)楹穸鹊淖兓绊憻醾鲗?dǎo)效果；

4）電子元器件一般面積比較大，涂抹導(dǎo)熱硅脂很難做到涂抹均勻，對(duì)發(fā)熱源的熱量傳導(dǎo)不利，而使用導(dǎo)熱墊片完全不用考慮這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)閷?dǎo)熱墊片尺寸已固定，且有較好的壓縮性，對(duì)這些電子元器件散熱更有利；

5）導(dǎo)熱墊片性能穩(wěn)定，在高溫時(shí)不會(huì)滲油，而導(dǎo)熱硅脂一般在高溫時(shí)會(huì)有硅油滲出、表面積存灰塵，從而影響電子元器件的使用壽命。

相對(duì)來(lái)說(shuō)，導(dǎo)熱墊片對(duì)于CPU及GPU的應(yīng)用不太適合，因?yàn)檫@類部件通常周圍空間很小，導(dǎo)熱墊片的熱阻雖然能達(dá)到工藝要求，但厚度卻很難做到足夠?。ㄈ?.1mm、0.05mm等）。

導(dǎo)熱墊片的使用非常簡(jiǎn)單，直接將導(dǎo)熱墊片置于發(fā)熱電子元器件與散熱器之間即可。當(dāng)然，為了更充分的發(fā)揮導(dǎo)熱墊片的作用，最好在散熱器—導(dǎo)熱墊片—發(fā)熱電子元器件之間適當(dāng)適量的壓力，以使導(dǎo)熱墊片與發(fā)熱電子元器件及散熱器接觸更緊密，這樣能適當(dāng)?shù)慕档徒缑娼佑|熱阻，更有利于熱量的傳導(dǎo)，從而讓發(fā)熱電子元器件上的溫度保持在合適的范圍，增加電子元器件的使用壽命。

對(duì)于發(fā)熱量較低的電子元器件，如日照照明設(shè)備、記憶存儲(chǔ)模塊及其它低導(dǎo)熱要求的電源模塊等，導(dǎo)熱系數(shù)為1.0W/mK以下的導(dǎo)熱墊片是比較合適的選擇，；對(duì)發(fā)熱較多的電子元器件，我們推薦使用導(dǎo)熱系數(shù)為2.0W/mK左右的導(dǎo)熱墊片，如高速大存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)、計(jì)算機(jī)散熱模組、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元及LCD背光模組等；對(duì)發(fā)熱非常多的電子元器件，我們推薦使用導(dǎo)熱系數(shù)為3.0W/mK及以上的導(dǎo)熱墊片，如大型功率轉(zhuǎn)換設(shè)備、大功率電源設(shè)備、GPU、CPU、硬度驅(qū)動(dòng)及其它高導(dǎo)熱需求的模塊。

對(duì)于具體需求的導(dǎo)熱墊片要多大的導(dǎo)熱系數(shù)，使用者也可以根據(jù)下面的公式計(jì)算，進(jìn)行大致的判斷。如，根據(jù)發(fā)熱電子元器件單位時(shí)間內(nèi)發(fā)熱的數(shù)量以及電子元器件能承受的熱量，從而推斷出單位時(shí)間內(nèi)必須轉(zhuǎn)移多少熱量，再由電子元器件的面積及其與散熱器之間的距離，即可大致判斷導(dǎo)熱系數(shù)為多少的導(dǎo)熱墊片比較適合。

導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算公式（測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為修正版ASTM D2326，hotdisk計(jì)算公式）：

其中，λ為導(dǎo)熱系數(shù)（W/mK），P0為電力，也即功率（W），r為熱傳感半徑（m），τ ， 為熱擴(kuò)散率（mm2/s），t為測(cè)試時(shí)間（s），D（τ）為τ函數(shù)，ΔT（τ）為熱傳感器增加的溫度（K）。

此外，在導(dǎo)熱墊片的選擇和使用上，還有一些小竅門：

1）先確認(rèn)發(fā)熱電子元器件和散熱器件的尺寸規(guī)格，以表面大者為基準(zhǔn)選擇導(dǎo)熱墊片。這樣增加了接觸面，能更加有效的進(jìn)行熱傳導(dǎo)；

2）選擇合適厚度的導(dǎo)熱墊片，根據(jù)熱源與散熱器之間的距離選擇合適的厚度。如果是單一的發(fā)熱器件，建議使用薄型的導(dǎo)熱墊片，這樣可以獲得更低的熱阻，提升熱傳導(dǎo)效果；如果是多個(gè)發(fā)熱器件集中在一起，建議使用厚型的導(dǎo)熱墊片，這樣可以用一片導(dǎo)熱墊片覆蓋多個(gè)發(fā)熱器件，即使各部件高度不一。另外，厚型的導(dǎo)熱墊片熱容量更大，如果熱源出現(xiàn)瞬間大量生熱情況下，厚型導(dǎo)熱墊片可以有效吸收這部分意外產(chǎn)生的大量熱量，從而保護(hù)元器件。

3）導(dǎo)熱墊片具有可壓縮能力，在選擇導(dǎo)熱墊片時(shí)，可適當(dāng)選擇稍厚一些，這樣在導(dǎo)熱墊片安裝好之后，能適當(dāng)降低導(dǎo)熱墊片與發(fā)熱電子元器件及散熱器件之間的接觸熱阻，提升熱傳導(dǎo)效果。