热界面材料的导电性为何不符合预期

如果您是解决热管理问题的电子设计师或装配工，那么确保安全可能是您的第一要务。选择热界面材料 (TIM) 进行散热时，您可能首先会比较所选方案的导热系数 (K)。但您知道吗？制造商所宣传的热导值可能存在很大的差异。

我们在评估来自不同制造商的一系列热界面材料样品时发现了这一点。我们在测试中发现，测试得出的热界面材料样品的热导率与制造商文件中所述的热导率值有很大差异。事实证明，评估材料的方式对于最终得出的热导率值有很大影响。对于最终用途应用造成的潜在影响可能是真正的安全隐患。

在深入研究细节之前，我们快速回顾一些基础知识。

我们探讨的是哪种热界面材料 (TIM)？

热界面材料 (TIM) 是指可以插入到两个部件之间以增强这两个部件（尤其是为了散热）之间热耦合性的任何材料。热界面材料的种类繁多，包括导热膏、导热胶、导热间隙填料、导热垫、导热胶带、相变材料和金属热界面材料。

在我们的测试中，我们评估了类似于罗杰斯自己的 ARLON Secure^® 硅胶导热胶粘剂（其也包括其在内）的导热垫，该导热胶粘剂是一种由硅胶聚合物和功能添加剂组成的复合材料，可提供一系列独特的热、物理和电气特性。

什么是热导率？

热导率是热界面材料最受认可且参考最多的热特性，因为它表示材料传导热的固有能力。作为一种整体性质或绝对性质，热导率 (K) 不会随材料的大小或形状而改变。热导率的测量单位是瓦特/米·开尔文 (W/(m K))，热导率的定义是，在稳定状态下，在垂直于导热面积的方向上每单位温度梯度在单位时间内通过单位导热面积所传递的热量。

材料的 K 值在电子设备的冷却方面发挥重要作用。从芯片（产生热量）到机箱（容纳电子元件），热传导以及其后的热导率都是整个热管理过程不可或缺的部分。然后，随着我们继续探讨，您可以发现，热导率测量的准确性问题是我们面临的难题。

测量热界面材料的热导率

反映热界面材料的行业标准是 ASTM D5470（最新版：2012 年发布的 ASTM D5470-12），此标准定义了采用两跟金属棒（计量杆）且放置在由待测试样隔开的热源与冷源之间的设备。该测试方法允许了基本设计的宽容度，同时规定了计量杆的平整度，以期最大程度降低计量器与试样之间的界面阻抗并提高机器对机器的一致性。ASTM D5470 已做出限制和修改，以提高热界面材料测量的准确度并提高测量精度。

我们在实验室中使用两种先进流程测试热导率：C-Therm Tci 和 TIM Tester。这两种测试方法都会受压力和厚度的测试参数影响。

C-Therm 采用最新的改良瞬态平面热源法技术。此测试方法准确、快速、简单。
TIM Tester 方法规定明确，非常适用于测量电子封装中所用的热界面材料。其可以测量中高热导率材料的整体热导率。

意外的测试结果

我们测试了 5 种竞争性高导热垫。测试所得热导率从 44% 到 74% 不等，均低于制造商数据资料表上所述的热导率。

对于这之间的差异是因 ASTM 标准允许的宽容度所致，还是因供应商设备的不同所致，我们无法得知。但我们发现，热导率测试结果的差异很大。另外，令人感到困惑的是，我们所评估的材料的供应商通常并未说明其测量热导率所用方法，这导致设计师无法获得任何有助于其确定准确性或对比其他材料的信息。

这对您来说意味着什么？

我们知道安全性是设计师主要考虑的因素。在罗杰斯公司，我们制定并评估我们的测试流程，以向您确保我们所发布数据的最高准确度。根据我们的测试和评估，我们发现市场上的情况并非都是如此。我们鼓励设计师提出难题，了解测试技术，以及与其认为能够依赖以获得准确、一致数据的供应商合作来支持其产品声明。

此系列的下一篇博客…

在此系列的下一篇博客中，我们将探讨两种热特性，在比较用于某一特定应用的热界面材料时，这位两种热特性对设计师而言是比热导率更好的“实际”测量值。欢迎订阅罗杰斯博客，确保不会错过未来您感兴趣的主题。

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