導(dǎo)熱材料培訓(xùn)教材

導(dǎo)熱材料培訓(xùn)教材

第一部分：導(dǎo)熱原理第二部分：常見(jiàn)產(chǎn)品第一部分：導(dǎo)熱原理各種導(dǎo)熱材料的導(dǎo)熱機(jī)理與材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有著非常密切的關(guān)系。微觀上講，固體材料的導(dǎo)熱載體分為三種：電子、聲子和光子。導(dǎo)熱性能金屬材料（大量自由電子的運(yùn)動(dòng)）非金屬材料（晶格的熱振動(dòng)－格波）熱輻射（光的散射、衍射、吸收等）第一部分：導(dǎo)熱原理對(duì)界面材料的熱傳導(dǎo)（見(jiàn)圖1），其遵循最基本的傅立葉定律：

Q=KA△T/d,

R=A△T/Q

其中Q:熱量，WK:導(dǎo)熱率，W/mk

A：接觸面積

d:熱量傳遞距離△T：溫度差R:熱阻值將上面兩個(gè)公式合并，可以得到：R=d/K（理想公式，沒(méi)有完全光滑的平面）。因?yàn)镵值是不變的，可以看出熱阻R值同材料厚度d是成正比。也就說(shuō)材料越厚，熱阻越大。第一部分：導(dǎo)熱原理圖1.界面填充后散熱示意圖(a)粗糙界面(b)填充后界面第一部分：導(dǎo)熱原理導(dǎo)熱系數(shù)是指在穩(wěn)定傳熱條件下，1m厚的材料，兩側(cè)表面的溫差為1度（K,℃）,在1秒內(nèi)，通過(guò)1平方米面積傳遞的熱量，單位為W/mK，又稱(chēng)為熱導(dǎo)率：1、導(dǎo)熱系數(shù)K是材料本身的固有性能參數(shù)，用于描述材料的導(dǎo)熱能力。2、這個(gè)特性跟材料本身的大小、形狀、厚度都是沒(méi)有關(guān)系的，只是跟材料本身的成分有關(guān)系。3、不同成分的導(dǎo)熱率差異較大，導(dǎo)致由不同成分構(gòu)成的物料的導(dǎo)熱率差異較大。第一部分：導(dǎo)熱原理熱阻單位為（℃/W）或（K/W），是指阻止熱量通過(guò)一個(gè)界面或一種材料傳輸?shù)淖枇Υ笮。何覀冊(cè)O(shè)計(jì)產(chǎn)品的目標(biāo)即是使得有效熱阻最小化，而有效熱阻R＝BLT/K+Rc，其中，BLT－導(dǎo)熱材料或者兩個(gè)表面之間的縫隙或區(qū)域厚度、K－導(dǎo)熱材料導(dǎo)熱系數(shù)、Rc－接觸熱阻。產(chǎn)生接觸熱阻的主要原因是，任何外表上看來(lái)接觸良好的兩物體，直接接觸的實(shí)際面積只是交界面的一部分，其余部分都是縫隙。熱量依靠縫隙內(nèi)氣體的熱傳導(dǎo)和熱輻射進(jìn)行傳遞，而它們的傳熱能力遠(yuǎn)不及一般的固體材料。第一部分：導(dǎo)熱原理導(dǎo)熱系數(shù)反映的是物質(zhì)在單位體積下的導(dǎo)熱能力。實(shí)際上它反映了物質(zhì)導(dǎo)熱的固有能力。這種能力是由物質(zhì)的原子或分子結(jié)構(gòu)決定的。熱阻其實(shí)是導(dǎo)熱系數(shù)與物體的幾何形狀相結(jié)合而體現(xiàn)的該形狀物體的導(dǎo)熱能力。對(duì)非均勻厚度的物體，均勻熱流密度的熱流通過(guò)物體后，兩端任意兩點(diǎn)的溫度差可能是不同的。比如：同一種材料，截面積相同、長(zhǎng)度不同的柱體，它們的導(dǎo)熱系數(shù)是相同的，而它們兩對(duì)面的熱阻是絕不同的。同一種材料，設(shè)計(jì)成不同的形狀，則不同幾何結(jié)構(gòu)之間，它們的兩個(gè)對(duì)面的熱阻可能相同。談熱阻，必須要明確這一點(diǎn)：熱阻必須是指定的兩個(gè)點(diǎn)之間的熱阻，并且兩點(diǎn)之間沒(méi)有其它的熱源。它反映的是特定兩點(diǎn)間的導(dǎo)熱能力。就是說(shuō)，給定了熱阻值，同時(shí)必須明確給出計(jì)量的起點(diǎn)和終點(diǎn)。偏離了這兩個(gè)位置點(diǎn)，這個(gè)熱阻值就沒(méi)有意義了。第一部分：導(dǎo)熱原理1、同樣的材料，導(dǎo)熱率是一個(gè)不變的數(shù)值，而熱阻值是會(huì)隨厚度發(fā)生變化的。

2、同樣的材料，厚度越大，可簡(jiǎn)單理解為熱量通過(guò)材料傳遞出去要走的路程越多，所耗的時(shí)間也越多，效能也越差。

3、對(duì)于導(dǎo)熱材料，選用合適的導(dǎo)熱率、厚度是對(duì)性能有很大關(guān)系的。選擇導(dǎo)熱率很高的材料，但是厚度很大，也是性能不夠好的。最理想的選擇是：導(dǎo)熱率高、厚度薄，完美的接觸壓力保證最好的界面接觸。4、使用什么導(dǎo)熱材料給客戶(hù)，理論上來(lái)講是很困難的一件事情。很難真正的通過(guò)一些簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)，來(lái)準(zhǔn)確計(jì)算出選用何種材料合適。更多的是靠測(cè)試和對(duì)比。5、專(zhuān)業(yè)的用戶(hù)，會(huì)更關(guān)注材料的熱阻值。6、運(yùn)用熱阻來(lái)比較產(chǎn)品，必須知道其工作條件（系統(tǒng)值）。第五部分：常見(jiàn)產(chǎn)品熱傳導(dǎo)性材料：提供適當(dāng)?shù)纳嵬緩揭跃S持元器件與功率組件于適當(dāng)?shù)臏囟戎泄ぷ鞯谖宀糠郑撼Ｒ?jiàn)產(chǎn)品有機(jī)硅熱傳導(dǎo)性材料的特性：1、導(dǎo)熱而絕緣2、低表面張力，易保持與功率組件和與散熱片表面完整致密的接觸，以防止界面接觸熱阻上升3、較寬廣的應(yīng)用溫度范圍4、低應(yīng)力，可解決不同膨脹系數(shù)材料之間的匹配問(wèn)題5、具有多種不同形式的產(chǎn)品，可搭配使用第五部分：常見(jiàn)產(chǎn)品市售的導(dǎo)熱類(lèi)產(chǎn)品主要有以下幾大類(lèi)：導(dǎo)熱產(chǎn)品導(dǎo)熱硅脂，如信越746、道康寧DC340、SC102導(dǎo)熱灌封膠，如LordSC309

導(dǎo)熱墊片，如道康寧TP-1500粘接劑，如道康寧SE9189、信越KE3493相變材料，如PC2500第五部分：常見(jiàn)產(chǎn)品導(dǎo)熱硅脂：1、不需固化、不流動(dòng)的膏狀物2、使用在非永久固定的散熱器與功率組件之間，需要對(duì)散熱器進(jìn)行機(jī)械式固定3、常用于CPU、電源等散熱第五部分：常見(jiàn)產(chǎn)品導(dǎo)熱灌封膠：1、需固化，固化后為橡膠或凝膠2、低應(yīng)力、減震3、常用于高壓變壓器、電源模塊等灌封第五部分：常見(jiàn)產(chǎn)品粘接劑：1、需固化，固化后為形成永久粘接2、低應(yīng)力、可消除不同膨脹系數(shù)材料之間的應(yīng)力3、常用于固定散熱器、高功率元器件、或粘接高功率線路與散熱底板第五部分：常見(jiàn)產(chǎn)品導(dǎo)熱墊片：1、為預(yù)成型凝膠片材，可在室溫下保存2、可預(yù)成型為各種形狀、大小與厚度3、可重復(fù)使用4、常應(yīng)用于較大不平整面之間第二部分：常見(jiàn)產(chǎn)品相變材料：1、為預(yù)成型片材2、在溫度變化過(guò)程中，由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)而保持與功率組件與散熱片表面完整致密的接觸，防止接觸熱阻上升3、常用于CPU散熱第五部分：常見(jiàn)產(chǎn)品

導(dǎo)熱硅脂導(dǎo)熱系數(shù)（W/mK）公司0.5-1.01.0-1.51.5-2.02.0-2.52.5-3.03.0-3.53.5-4.0信越G746（0.77）G747（1.03）G777（3.1）

G775（3.6）X-23-7783D（3.5）X-23-7762（4.0）道康寧(耐高溫較差)DC340（0.59）SC102（0.8）SE4490CV（1.7）TC-5026（2.6）TC-5021（3.3）TC-5022（4.0）可固化，金屬導(dǎo)熱TC-5121（3.3）回天(實(shí)測(cè))0111F(1.07)0112(1.56)0113(2.05)第二部分：常見(jiàn)產(chǎn)品雙組份加成型灌封膠導(dǎo)熱系數(shù)（W/mK）公司信越道康寧回天(實(shí)測(cè))Lord安品（實(shí)測(cè)）0.3-0.5KE1204（0.3）DC170（0.4）CN8760（0.4）6299HY（0.48）0.5-0.8KE132（0.61）DC160（0.58）5299（0.63）對(duì)標(biāo)KE132（0.61）KE1861（0.83）Q3-3600（0.77）5295（0.68）SC303（0.8）AP905（0.70）0.8-1.1KE1223（1.05）SE4410（0.92）SC309（1.0）第五部分：常見(jiàn)產(chǎn)品單組份硅膠導(dǎo)熱系數(shù)（W/mK）公司0.2-0.40.4-0.60.6-0.90.9-1.01.0-1.51.5-2.02.0-2.5信越KE4560（0.69）KE3493（1.6）X-32-2020（1.9）KE1862(0.83)道康寧SE9189(0.84)SE4400（0.92）SE4450（1.97）SE9184CV（0.84）SE4402CV（0.92）回天(實(shí)測(cè))HT-906T（0.22）HT-906Z電源（0.61）對(duì)標(biāo)9189（0.8）HT-906W（0.35）HT-916（0.58）第五部分：常見(jiàn)產(chǎn)品關(guān)鍵參數(shù)：1、導(dǎo)熱系數(shù)（最直觀的參數(shù)）主要的測(cè)試方法、標(biāo)準(zhǔn)：

ASTME1461-07—用閃光法測(cè)定固體熱擴(kuò)散率

ASTMD5470-01—用于測(cè)試薄導(dǎo)熱固態(tài)電絕緣材料熱傳導(dǎo)性質(zhì)的表征測(cè)試

HotDisk測(cè)試方法（道康寧）—ISO22007導(dǎo)熱率和熱擴(kuò)散率的測(cè)定測(cè)試方法不同，結(jié)果可能相差較大2、熱阻（對(duì)比數(shù)值）主要的測(cè)試方法、標(biāo)準(zhǔn)：ASTMD5470-01第五部分：常見(jiàn)產(chǎn)品關(guān)鍵參數(shù)：3、針入度（外觀指標(biāo)）與粘度不同，它體現(xiàn)的更多是膏狀物的稠度一般在200～400之間針入度低，涂布困難