导热系数和热阻,哪个更能体现传热效率?

随着电子技术的发展,电子元器件对安全散热的要求越来越高:高温会对电子元器件的稳定性、可靠性和寿命产生有害的影响。譬如过高的温度会危及半导体的结点,损伤电路的连接界面,增加导体的阻值和造成机械应力损伤。


做好设备的热管理是其在设计过程中不可忽视的环节。




作为普遍用于IC封装和电子散热的材料,导热界面材料在热管理中起着至关重要的作用: 填充设备表面和散热器之间细微的空隙及凹凸不平的孔洞,在电子元件和散热器间建立有效的热传导通道,减少热传递的阻抗,使散热器的作用得到充分发挥。




在为应用的设备选择导热界面材料时,通常需要了解材料的传热能力,而确定方式一般是其导热系数或热阻那么,这两者有什么区别?在选择导热界面材料时,参考哪个更为准确?


导热系数


导热系数属于材料特性,它代表的是给定材料导热的能力。一般情况下,导热系数越高,导热界面材料直接传导热能的能力越好。


在均质材料中,导热系数是其本身属性,与材料的尺寸、形状及方向无关,可以说导热系数是一个理想值选择导热界面材料时,不能只考虑导热系数,其硬度&厚度、散热面积同样也是重要的考虑因素。


热阻


这里就涉及到了热阻和接触热阻。


热阻


热阻是导热界面材料固有的热特性之一,它可以理解为热量在热流路径上遇到的阻力,反映了介质和介质间传热能力的大小。由于导热界面材料的厚度与热阻直接相关,厚度较薄者传递热量效果更好。

傲川UTP100和TP800的厚度与热阻变化图


接触热阻


接触热阻特定于TIM与发热部件和散热器之间的接口。当热量流过两个相接触的固体的交界面时,界面本身对热流有阻碍作用,其表面热传导效率会有所降低。因此,热阻是其材料本身热阻与所有接触热阻之和。



只有当接触热阻为零时,实际热导率才等于表观热导率。当材料的热阻较低时,其在应用中的热传导效果更好。可以说,热阻是反映阻止热量传递的能力的综合参量。



热源散热,图源ACS


表面粗糙度、表面平整度、夹紧压力、粘合剂的存在、不均匀性和材料厚度等因素都对材料的热阻有很大影响。为了满足生产工艺的要求,有时通过减小热阻以加强传热;有时则通过增大热阻以抑制热量的传递。


当比较特定应用的不同导热界面材料时,我们可以通过导热系数进行一般比较。热阻与压力的数据变化,能比较有效地反映导热界面材料在真实应用环境下所表现的导热效率。