近年來，光伏、電動汽車、5G通訊和移動電子領(lǐng)域的大爆發(fā)，為器件的散熱帶來了越來越高的要求。導(dǎo)熱界面材料是一種典型的導(dǎo)熱材料，可廣泛涂覆于各種電子產(chǎn)品、動力電池、電器設(shè)備中的發(fā)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(lǐng)域?qū)嶋H散熱需求和其他功能需求各不相同，對于導(dǎo)熱界面材料的要求也存在一定差異。以下將盤點(diǎn)導(dǎo)熱界面材料的幾大熱門應(yīng)用領(lǐng)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(xù)航里程的提升需要在一定的空間內(nèi)布置盡可能多的電芯，這導(dǎo)致動力電池內(nèi)的散熱空間非常有限，在車輛運(yùn)行時，電芯產(chǎn)生的熱量會逐漸在狹小的散熱空間內(nèi)積聚，輕則降低電池的充放電效率，影響電池的功率；嚴(yán)重則還會導(dǎo)致熱失控，影響系統(tǒng)的安全性和壽命。因此，需要采用具有一定導(dǎo)熱性能的導(dǎo)熱灌封膠實(shí)現(xiàn)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(yùn)行安全和最佳的電池工作性能，一般要求導(dǎo)熱膠灌封膠的熱導(dǎo)率達(dá)到3W/(m·K)以上，除此之外，電池導(dǎo)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(zhì)量密度和高安全可靠性的核心需求。

導(dǎo)熱灌封膠在新能源動力電池中的應(yīng)用（來源：諾之泰實(shí)業(yè)有限公司）

2、光伏逆變器

隨著全球?qū)稍偕茉葱枨蟮娜找嬖鲩L，光伏產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，光伏逆變器作為太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的核心部件之一，可以將光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)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(yùn)行過程中產(chǎn)生大量熱，這部分熱量會使功率器件管芯發(fā)熱、結(jié)溫升高，將導(dǎo)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(shè)備內(nèi)部溫度，提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。

一般而言，光伏逆變器的導(dǎo)熱系數(shù)要求為不低于2.0W/mK，耐電壓不低于5kV/mm。同時，為了保護(hù)控制電路板和元件免受外界環(huán)境和機(jī)械力的影響，保護(hù)電路的安全和穩(wěn)定，應(yīng)用于光伏逆變器的導(dǎo)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(tǒng)的壽命一般在20年左右，對應(yīng)用于光伏逆變器的導(dǎo)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(shè)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(dǎo)到空氣。為了減小外殼與內(nèi)置功率器件的熱阻，需要借助導(dǎo)熱膠填充于其中，構(gòu)建良好的散熱路徑，提升5G基站產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。考慮到5G基站的電子設(shè)備加工屬性，往往采用點(diǎn)膠工藝進(jìn)行施工提升自動化效率，因此需要將導(dǎo)熱膠制備成具有低應(yīng)力、高壓縮模量的凝膠狀態(tài)。

相比4G基站，5G基站內(nèi)置的天線振子從10-40個增加到了128-256個，功放、射頻、數(shù)字芯片要處理的數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)爆炸式增長，隨之產(chǎn)生的“廢熱”也跟著飆升，因此5G基站應(yīng)用的導(dǎo)熱凝膠要求具有極高的熱導(dǎo)率（> 5 W·(m·K)），此外由于基站的工作環(huán)境較為復(fù)雜，導(dǎo)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(chǎn)品實(shí)現(xiàn)更好的穩(wěn)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(lián)網(wǎng)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(nèi)進(jìn)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?zhèn)鹘y(tǒng)的引線焊接，以此提升芯片內(nèi)的互連密度。

倒裝焊芯片封裝解構(gòu)

來源：SEMI.《2020年中國半導(dǎo)體報告》

在這種封裝內(nèi)，導(dǎo)熱膠主要應(yīng)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(dǎo)熱硅脂，由于芯片的工作溫度常達(dá)到60-70℃，芯片處所用的導(dǎo)熱材料對于熱導(dǎo)率要求非常高，需達(dá)到5 W·(m·K)以上，并要求具備低粘合層厚度、高柔韌性、高導(dǎo)熱系數(shù)、低接觸熱阻、適當(dāng)?shù)臒崤蛎浵禂?shù)等基礎(chǔ)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(dá)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(shù)差異所造成的熱應(yīng)力失配，提高器件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和可靠性，增強(qiáng)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(yīng)同時具有一定的導(dǎo)熱系數(shù)（>1.0 W/(m·K)）、高電阻率（>10¹²Ω·cm）、低黏度（298 K下< 20 Pa·s）、適當(dāng)?shù)臒崤蛎浵禂?shù)（25-30 ppm/K）、高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（>398K）、低介電常數(shù)（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(dǎo)體全解）

小結(jié)

目前，導(dǎo)熱界面材料已經(jīng)在通訊、光伏、鋰電、電子設(shè)備等領(lǐng)域取得了廣泛應(yīng)用，并呈現(xiàn)出全面開花的趨勢。新興應(yīng)用領(lǐng)域的涌現(xiàn)對導(dǎo)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(dǎo)熱性能上的提升，而是朝著多功能性的方向發(fā)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(yīng)各個領(lǐng)域的具體需求，從而推動相關(guān)行業(yè)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的進(jìn)步和創(chuàng)新。

參考來源：

1、《導(dǎo)熱膠在光伏、新能源和電子通訊領(lǐng)域的異同》.導(dǎo)熱高分子材料

2、《導(dǎo)熱灌封膠-光伏逆變器的得力助手》. 銳騰新材料

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