随着电子器件的集成密度和功率密度的不断增加，大功率LED的兴起等，电子产品特征尺寸的缩小不可避免地会导致功率密度的增加。摩尔定律的延续增加了对热管理的需求，以至于热传导正成为提高特征密度技术的限制因素。热管理的一个重要部分是增加材料之间界面的传导，这可能成为热传导的严重瓶颈，也是目前进一步提高性能的主要限制。01什么是热界面材料？
热界面材料（ThermalInterfaceMaterials，TIM）是一种用于两种材料间的填充物，是热传递的重要桥梁。由于形态上的粗糙，两个固体表面在连接时只有有限的实际接触，只是表观表面积的一小部分，区域的其余部分将由空气填充的间隙隔开。由于空气的导热系数(0.W/M·K)比金属的导热系数低约四个数量级，通过空气的界面热传递可以忽略不计。大部分热流将通过实际接触点，即使对于粗糙度非常低的基板，也会出现严重的热瓶颈。如下图a所示。空隙间的空气为热传导率相当差的传热介质，会阻碍热传导的路径，增加热阻抗。因此，需要填充一种热界面材料于两种接合材料间，以填补空隙，增进热的传递效率，降低热阻抗，如下图b所示。
接触面示意图
02传统界面材料分类传统热界面材料可简单分成几类∶导热膏、弹性导热布、相变型导热胶、导热凝胶、导热黏胶及导热带等，其优缺点相对明显。
传统界面材料一般特性传统界面材料优缺点1.导热膏（导热硅脂）导热膏是一种传统的散热材料，粘稠状的液体，具有较强的粘性。一般约在-Pa压力下使用，其界面热阻值大约在0.2-1.0K·cm2/W左右。基材主要成分是硅油和非硅质的高分子聚合物，导热填充料一般以AIN及ZnO为主，也可以选用BN、Al2O或SiC等陶瓷粉末或铝粉、银粉、石墨粉，甚至金刚石粉末等来提升其热传导性。但要注意这些填充料在基材内的分散性及粘性控制。
常见导热膏
导热膏由于不需要固化处理属于液态材料，因此可以添加较高体积比的填充料，热传导率比其他热界面材料高。目前市售的导热膏的热传导率通常介于2-6W/m·K之间，好的可大于8W/m·K，热阻约介于0.2-0.6W/m·K。导热膏本身具有一定的流动性，不需要太高的扣合压力，经压缩后其接合厚度可以变得相当薄，对降低热阻有很大帮助。但缺点是易产生溢出及相分离问题。
2.弹性导热布弹性导热布是由导热膏衍生出来的一种散热材料，一般主要是由在聚硅氧烷橡胶化合物中添加各种不同导热粉体（如BN、Al2O等）所构成，且以玻璃纤维布作载体形成容易操作的固体形态。加工操作较简单，一般在KPa左右的压力下使用，其界面热阻值约为1.0-.0K·cm2/W。弹性导热布可用于标准TO型晶体管的热管理组装技术上。
.相变导热材料（PCMs）
相变导热材料可以是有机材料也可以是金属合金。相变导热材料融合了导热胶和导热油脂的双重有点，在达到相变温度前，其特性与导热胶类似具有一定的粘性，因此不会在扣压时发生Pumpout问题。当电子器件工作时温度不断升高至材料熔点时，PCMs发生相变成为液态，具有和导热油脂一样的填充空隙的能力，热阻因而大幅度降低。目前相变导热材料主要用于CPU散热材料。
就有机相变导热材料而言，相变导热胶主要以热塑性聚合物为基体，如聚烯烃、低分子量的聚乙烯和丙烯酸树脂，添加低熔点的固体石蜡，并添加高导热填料制备而成的。其中石蜡是主要的发生相变的材料，相变的温度一般控制在45-60℃。现行的有机相变材料热导率普遍在1-W/m·K。
4.导热凝胶
导热凝胶一般是由在硅油及石蜡中添加铝粉、氧化铝及银粉等导热填充料组成，通常需进行固化处理。由于经过了交链处理，所以具有较强的内凝聚力特性，使用时无需加热或冷凝。它能提供比导热胶及粘胶剂更有效的传热路径，其热传导率约在1-W/m.K左右。导热凝胶的优点是能顺应接触表面的不规则性而填补孔隙。此外，由于其内凝聚力较强，在使用时不会有溢出及移动问题，使用和处理起来都很方便，其缺点是需固化处理。
导热凝胶
5、导热黏胶
导热胶是发展较早的产品，其主要组成是树脂基体、导热填料、稀释性溶剂或者是反应型稀释剂、固化剂和添加剂。用于电子胶黏剂的树脂基体主要包括：环氧树脂、聚酰亚胺、有机硅胶、聚氨酯、丙烯酸酯和氰酸酯等。
6、导热带（Tapes）
导热带的开发主要是为了做热沉（HeatSink）贴合材料。主要目的是为了取消外力夹合装置，降低设备成本。导热带主要是将添加导热粉体的压敏胶涂在支撑材料上（如玻璃布、聚亚酰胺薄膜或铝箔）上所构成的。导热胶带属于压敏胶的一种，使用方便。导热带的使用非常方便，和一般胶布的贴合方式相同。一般来讲，导热带主要应用其粘胶性能，其次才是散热性能，且只能应用于表面平整的界面上。
导热带
0新型导热界面材料1、铟基合金导热垫片
这是一种由银白色铟金属制成的热界面材料，铟是一种散热效能极高的金属材料，热传导率能达到80W/(m·K)以上，通过在铟基合金片材上压制凹凸花纹以填充界面间隙，同时利用铟基合金的高导热系数，降低界面热阻。该材料还具有极佳的延展性可以极大改善接触热阻，可实现随客户开发产品的高密度、随热源的形状灵活定制产品。导热垫片是柔软的金属垫片，如果接触面两端有一定的压力，能够很好的把铟基导热垫片夹在中间，可实现更佳的散热效能。
铟基合金导热垫片在热界面材料中属于高级导热界面材料，一般用于航天工业、军事工业、太阳能等新兴行业中有散热应用的部件，例如浸没式水冷服务器的CPU、GPU、激光器、雷达功率放大器等场合。
铟基合金导热衬垫
2、液态金属导热剂
与最常见的导热材料之一硅脂相比，目前最高导热系数的硅脂也仅能达到11W/m·K，而液态金属导热剂的导热系数能够达到7W/m·K，是传统硅脂的数倍。因此液态金属可以更快、更有效地传导出更多的热量。
由于液态金属导热剂一般采用镓金属合金构成，镓金属合金熔点低，在常温下显液态，所以能够更好地渗透到CPU和散热模组之间的缝隙中达到更好的填充效果，迅速将CPU产生的热量传导至散热模组，从而有效控制机身温度。同时，液态金属还具有更高的沸点，而传统硅脂具有挥发度，使用一段时间后会固化，所以液态金属导热剂耐用性更强。
液态金属导热剂
在民用之前，液态金属导热剂常用于高能量密度的界面，如舰载激光炮，激光切割器，或者在核电站里作为换热液体。如今液态金属在电脑等常用电子产品中已开始受到重视，主要应用于浸没式水冷服务器的CPU、GPU，功率电源模块与散热器件等高功率设备之间。
液态金属的劣势，主要在相较于采用绝缘性良好的金属氧化物与有机硅氧烷复合而成的硅脂，液态金属最大的劣势便是其具有导电性，一旦泄露到主板上便会造成不可挽回的后果。同时，镓基合金制成的液态金属导热剂与铝制品接触会产生互溶，互溶产生的混合物会导致铝制品出现脆裂，所以镓基液态金属导热剂无法应用于铝质散热器上，一般只能用于铜质散热器，不过也无法完全避免侵蚀。再者，因为液态金属具有一定的流动性，所以如果未能良好密封，在震动、摇晃设备后，可能出现液态金属泄漏。
互溶现象
、石墨烯导热膜/垫片
自年华为Mate20X手机率先使用石墨烯膜散热技术后，国内主流手机厂商纷纷在旗舰机型中使用石墨烯膜，与市场其他同类散热材料相比，石墨烯导热膜具有机械性能好、导热系数高，质量轻、材料薄、柔韧性好等特点。石墨烯导热膜兼具高热导率（0~W/mK）和高厚度（~00μm），此外，它的横向扩热能力是人工石墨膜的4倍以上，各方面性能更强，也可依据需求定制厚度。
石墨烯导热膜
目前主要应用于5G类消费电子产品，如智能手机、平板电脑、无风扇设计笔记本电脑、LED照明设备、医疗设备、新能源汽车动力电池等。
4、碳纤维导热垫片
碳纤维导热垫片是利用碳纤维的取向高导热性，在聚合物基体中添加碳纤维填料，制成导热垫片，可颠覆传统的芯片散热解决方案。
碳纤维作为填料在聚合物基体中有良好的分散性能，并且填充工艺性好，不会引起体系粘稠度过高、弹性低、力学性能差等问题。同时，填充到高分子基体中时可以通过流场、电场、磁场等方式进行阵列定向，在特定方向达到极好的导热效果。当填料达到一定含量后，相同填料比例，取向性好的情况下导热系数是填料无序排列时导热系数的倍以上。目前主要应用于航空航天、汽车、激光光源、消费类电子产品等。
04复合填料热界面材料高分子材料（聚合物材料）能够很好地满足以上要求，但是一般的高分子材料热传导系数最好的也只有0.1-0.2W/m·K左右，热传递能力较低，所以往往需要添加热传导率较高20-0W/m·K的无机粉末或金属粉末或石墨粉来制备成聚合物基导热复合材料改善其热传导性。导热复合材料中，常用金属导热填料有Cu、Ag、Al等；而在要求一定绝缘性能的情况下，需要选用非金属导热填料，比如陶瓷类，如MgO、Al2O、BN、AlN等，石墨烯、碳纳米管、金刚石等也是现在研究热门对象，此外，也可将多种填料混合使用。目前，热界面材料根据制备方法和材料体系，分为三大类。
第一类包括以喷涂技术制备的金属基纯铜涂层、金属基金刚石/铜复合涂层、金属基纳米氧化铝-4%碳纳米管复合涂层、金属基石墨烯复合涂层。制备热界面材料的喷涂技术主要包括冷喷涂、超音速等离子喷涂和热喷涂技术。
热喷涂技术
第二类是以磁控溅射技术制备的金属基单层、复合SiC涂层以及Si基表面沉积的AlN涂层、DLC涂层。磁控溅射技术制备热界面材料时，通过调整涂层沉积温度、涂层厚度及优化界面结构等方式，可提高涂层的热导率，进而提高导热性能。
磁控溅射技术
第三类是在非金属基硅脂、有机树脂中添加氧化铝、二氧化硅、氮化硅、氮化铝、氮化硼颗粒为填料制备的热界面材料。这主要是因为颗粒具有较高的热导率，可以更好地提高涂层的热导率。
不同填料热界面材料的热物性参数如下图所示。
常见填料型热界面材料的物性
随着电子产品功率的进一步增加，其热管理问题将成为制约其发展的重要因素，而作为其中最重要的接触热阻，热界面材料的发展必将被越来越多的
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