专为热管理设计

在预测热界面材料的“实际”性能时，优于热导率的两个测量值：探索热阻和阻抗

在本系列的第一个博客中，我们探讨了热导率及其测量技术，并解释了如果您依赖供应商的数据资料表，为什么热界面材料的传导性不如您想象的那样。在此博客中，我们将详细介绍在评估热界面材料 (TIM) 时使用的另外两种方法。我们将研究热阻和热阻抗，以及为何这两个测量值对于设计师而言有时比热导率更有用。

热导率数据的优点和缺点

虽然热导率是热界面材料材料最受认可且参考最多的热特性，但其实际上是一个理想值。由于它体现了材料的导热能力，因此是开始评估热界面材料的理想起始点。然而，此特性并未考虑材料的大小、形状或方向。这实际上是一个理想值，因为它大体上给出的是热界面材料在所有几何效应和界面效应相当的情况下的比较性能。我们在先前的博客中讨论过，热导率不会随材料的大小或形状而改变。在实际情况中，所有材料的大小、形状或方向都不同，所以热导率忽略了可能对某一特定应用而言至关重要的信息。

为什么热阻和热阻抗更有用

热阻和热阻抗相比于热导率可为设计师提供更多信息，因为这两个测量值都反映了组件的几何形状（厚度和面积）。此外，它们还包括材料与表面之间的相互作用（界面抗性）。因此，与热导率相比，热阻/热阻抗特性更加重要、实用，因为它们更加准确地反映了散热能力。

我们先来看热阻，这个特性通常用于衡量特定厚度的材料抵抗热流的能力。由于热界面材料厚度与抗性有直接关系，厚度较薄的热界面材料传热效率比较厚的热界面材料高。

材料的热阻抗是其热阻与界面（热界面材料和发热部件及散热底板在此处相接触）特定的所有接触热阻之和。在实际情况中，发热部件的表面并不是绝对平整或光滑的，当与界面材料接触时，表面不平整之处会产生微小空隙，从而降低了传热的有效性。

如果材料的热阻抗较低，则该材料对于特定应用而言是一种较好的热导体。表面粗糙度或平整度、夹紧压力、胶粘剂、表面变化和材料厚度等因素对于材料的热阻抗都有很大影响。这就是为什么热阻抗与热导率或热阻相比是更理想的“反映实际情况”的热特性。

在现实情况下的应用

以下示例展示了设计师在选择热界面材料材料时面临的挑战。假设正在为某一应用考虑两种热界面材料（热界面材料 A 和热界面材料 B），测试结果如下方表 1 所示：

热界面材料 A 和热界面材料 B 的热特性

很明显热界面材料 A 的热导率高于热界面材料 B。如果我们仅将热导率作为关键选择标准，那我们每次都会选择热界面材料 A 而不会选择热界面材料 B。

不过，设计师可能会忽略的是，热界面材料 A 的厚度更厚、硬度更高，虽然热界面材料 B 的热导率相对较低，但厚度更薄、硬度更低。热界面材料 B 的轻薄性减少了材料内热量需要传递的距离并降低了热阻。此外，热界面材料 B 更软，这意味着它可以更好地浸润基板，夹杂的空气更少，因此界面热阻更低。最重要的是，热界面材料 B 为传热造成的热阻抗更低，与热界面材料 A 相比，传热更快、效率更高。

使用正确的度量值为何如此重要？

在实际案例中，您可以看到，热阻和热阻抗相比于热导率可为设计师提供更多信息，尤其是热阻抗对于评估热界面材料材料的效率极其有用。对于您的设计而言，这意味着热界面材料的有效性越高，您设计的安全性越高，其越能够更好地预防过热现象和故障，从而减少停机时间，提高设备的使用寿命。最终可以提高能源效率，降低制造成本，缩短维护周期并降低维护成本。

因此，下次您为应用评估热界面材料材料时，则可以从热导率开始进行一般比较，但您可能会发现热阻和热阻抗数据在“实际”情况下可能更有用。

下一个主题

在我们的热管理设计系列的下一篇博客中，我们将探讨粘结强度如何对热管理设计产生重要影响。欢迎您订阅罗杰斯公司的博客，以确保不会错过未来您感兴趣的主题。

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