散熱管理的新選擇——導熱墊片

隨著工業生產和科學技術的發展，人們對材料不斷提出新的要求。在電子電器領域，由于集成技術和組裝技術的迅速發展，電子元件、邏輯電路向輕、薄、小的方向發展，發熱量也隨之增加，從而需要高導熱的絕緣材料，有效的去除電子設備產生的熱量，這關系到產品的使用壽命和質量的可靠性。

以前常用的冷卻方法有：自然冷卻、通風或者使用更大的機殼。隨著發熱區域越來越廣，產生的熱量也越來越大，迫使電子設備廠商不得不采取更為有效的散熱措施。熱界面材料也就應運而生。

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

導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點是比較明顯的。

首先，導熱墊片具有可壓縮性，柔軟且有彈性，對于低壓力下的應用環境有緩沖和防震的作用；

其次，導熱墊片均有一定的自粘性，對于不需要高粘性的應用場合來說，不需要額外在導熱墊片表面涂抹粘合劑；

第三，導熱墊片的厚度是可選擇的，對于不同的間隙，可選擇不同厚度的導熱墊片，也就是說，導熱墊片具有更為寬廣的應用環境；

第四，區別與導熱硅脂、導熱灌封膠及導熱相變材料等其它熱界面材料，導熱墊片可以方便地重復使用，對于安裝、測試非常重要；

最后還要指出的是，導熱墊片的導熱系數是很穩定的，不會因為厚度的增減而影響熱傳導效果，這一點較之導熱硅脂有很大的不同。

從傳熱與輔助散熱效果來看，導熱墊片與其它導熱材料區別并不大，如果有區別也只是由導熱系數高低引起的。它們真正的區別在于不同的應用領域，或者說不同的應用部件。適合導熱墊片的應用領域主要是：高速硬盤驅動器、PCB板、內存模塊、功率電源模塊、散熱模組、晶體管、電子管、汽車發動機控制裝置、通訊硬件、家用電器、LCD、大功率LED、移動設備以及軍事用品上。在這些領域之所以使用導熱墊片而不是導熱硅脂等其它熱界面材料，主要有以下幾點：

1）導熱墊片可以重復安裝，對生產操作比較有利：即節約時間又比較省事；而導熱硅脂涂抹不方便、且不方便重復安裝操作，比較費時費事；

2）這些電子產品內部的電子元器件比較集中，因而會使得各個電子元器件之間高低不一，使用導熱墊片一般一片就可以覆蓋全部發熱源。

3）這類電子元器件與散熱器件的距離一般都較大，而導熱硅脂在厚度增大時熱阻也會急劇增大，對熱傳導非常不利，導熱墊片則不會因為厚度的變化而影響熱傳導效果；

4）電子元器件一般面積比較大，涂抹導熱硅脂很難做到涂抹均勻，對發熱源的熱量傳導不利，而使用導熱墊片完全不用考慮這個問題，因為導熱墊片尺寸已固定，且有較好的壓縮性，對這些電子元器件散熱更有利；

5）導熱墊片性能穩定，在高溫時不會滲油，而導熱硅脂一般在高溫時會有硅油滲出、表面積存灰塵，從而影響電子元器件的使用壽命。

相對來說，導熱墊片對于CPU及GPU的應用不太適合，因為這類部件通常周圍空間很小，導熱墊片的熱阻雖然能達到工藝要求，但厚度卻很難做到足夠薄（如0.1mm、0.05mm等）。

導熱墊片的使用非常簡單，直接將導熱墊片置于發熱電子元器件與散熱器之間即可。當然，為了更充分的發揮導熱墊片的作用，最好在散熱器—導熱墊片—發熱電子元器件之間適當適量的壓力，以使導熱墊片與發熱電子元器件及散熱器接觸更緊密，這樣能適當的降低界面接觸熱阻，更有利于熱量的傳導，從而讓發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。

對于發熱量較低的電子元器件，如日照照明設備、記憶存儲模塊及其它低導熱要求的電源模塊等，導熱系數為1.0W/mK以下的導熱墊片是比較合適的選擇，；對發熱較多的電子元器件，我們推薦使用導熱系數為2.0W/mK左右的導熱墊片，如高速大存儲驅動、計算機散熱模組、汽車發動機控制單元及LCD背光模組等；對發熱非常多的電子元器件，我們推薦使用導熱系數為3.0W/mK及以上的導熱墊片，如大型功率轉換設備、大功率電源設備、GPU、CPU、硬度驅動及其它高導熱需求的模塊。

對于具體需求的導熱墊片要多大的導熱系數，使用者也可以根據下面的公式計算，進行大致的判斷。如，根據發熱電子元器件單位時間內發熱的數量以及電子元器件能承受的熱量，從而推斷出單位時間內必須轉移多少熱量，再由電子元器件的面積及其與散熱器之間的距離，即可大致判斷導熱系數為多少的導熱墊片比較適合。

導熱系數計算公式（測試標準為修正版ASTM D2326，hotdisk計算公式）：

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

此外，在導熱墊片的選擇和使用上，還有一些小竅門：

1）先確認發熱電子元器件和散熱器件的尺寸規格，以表面大者為基準選擇導熱墊片。這樣增加了接觸面，能更加有效的進行熱傳導；

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

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