簡(jiǎn)單的介紹幾種導(dǎo)熱材料
說(shuō)到散熱系統(tǒng)，很多人想到的是風(fēng)扇和散熱片。其實(shí)，他們忽視了一個(gè)并不起眼、但卻發(fā)揮著重要作用的媒介物導(dǎo)熱介質(zhì)。電腦CPU是典型的需要良好散熱的功率器件,就此我們來(lái)說(shuō)說(shuō)導(dǎo)熱材料.希望大家討論一下,發(fā)表自己對(duì)各類功率器件散熱的心得和看法.
為何需要導(dǎo)熱介質(zhì)？
可能有人會(huì)認(rèn)為，CPU表面或散熱片底部都非常光滑，它們之間不需要導(dǎo)熱介質(zhì)。這種觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的！由于機(jī)械加工不可能做出理想化的平整面，因此在CPU與散熱器之間存在很多溝壑或空隙，其中都是空氣。我們知道，空氣的熱阻值很高，因此必須用其他物質(zhì)來(lái)降低熱阻，否則散熱器的性能會(huì)大打折扣，甚至無(wú)法發(fā)揮作用。于是導(dǎo)熱介質(zhì)就應(yīng)運(yùn)而生了，它的作用就是填充處理器與散熱器之間大大小小的空隙，增大發(fā)熱源與散熱片的接觸面積。因此，熱傳導(dǎo)只是導(dǎo)熱介質(zhì)的一個(gè)作用，增加CPU和散熱器的有效接觸面積才是它最重要的作用。
導(dǎo)熱介質(zhì)有哪些？
1、導(dǎo)熱硅脂
導(dǎo)熱硅脂是目前應(yīng)用最廣泛的一種導(dǎo)熱介質(zhì)，它是以硅油為原料，并添加增稠劑等填充劑，在經(jīng)過(guò)加熱減壓、研磨等工藝之后形成的一種酯狀物，該物質(zhì)有一定的黏稠度，沒(méi)有明顯的顆粒感。導(dǎo)熱硅脂的工作溫度一般在-50℃～180℃，它具有不錯(cuò)的導(dǎo)熱性、耐高溫、耐老化和防水特性。
在器件散熱過(guò)程中，經(jīng)過(guò)加熱達(dá)到一定狀態(tài)之后，導(dǎo)熱硅脂便呈現(xiàn)出半流質(zhì)狀態(tài)，充分填充CPU 和散熱片之間的空隙，使得兩者之間接合得更為緊密，進(jìn)而加強(qiáng)熱量傳導(dǎo)。通常情況下，導(dǎo)熱硅脂不溶于水，不易被氧化，還具備一定的潤(rùn)滑性和電絕緣性。
2、導(dǎo)熱硅膠
和導(dǎo)熱硅脂一樣，導(dǎo)熱硅膠也是由硅油添加一定的化學(xué)原料，并經(jīng)過(guò)化學(xué)加工而成。但和導(dǎo)熱硅脂不同的是，在它所添加的化學(xué)原料里有某種黏性物質(zhì)，因此成品的導(dǎo)熱硅膠具有一定的黏合力。
導(dǎo)熱硅膠最大的特點(diǎn)是凝固后質(zhì)地堅(jiān)硬，其導(dǎo)熱性能略低于導(dǎo)熱硅脂。目前，市面上有兩種導(dǎo)熱硅膠：一種在凝固后為白色固體，另一種在凝固后為黑色帶有光澤的固體。一般廠商都習(xí)慣用第一種硅膠作為散熱片和發(fā)熱物體之間的黏合劑，它的優(yōu)點(diǎn)是黏性非常強(qiáng)，可這又恰恰成了它的缺點(diǎn)。我們需要維修時(shí)，往往在費(fèi)盡九牛二虎之力將黏合的器件和散熱器分離后，會(huì)發(fā)現(xiàn)兩者的接觸面上殘留大量的固體白色硅膠，這些硅膠相當(dāng)難以清除干凈。
相比之下，第二種硅膠優(yōu)勢(shì)就比較明顯：一來(lái)它的散熱效率要高于第一種，二來(lái)它凝固后生成的黑色固體較脆，殘留物很容易清除。不管怎樣，導(dǎo)熱硅膠的導(dǎo)熱效能不強(qiáng)，而且容易把器件和散熱器“黏死”，因此除非特殊情況才推薦用戶采用。
3、軟性硅膠導(dǎo)熱墊
軟性硅膠導(dǎo)熱絕緣墊具有良好的導(dǎo)熱能力和高等級(jí)的耐壓絕緣，導(dǎo)熱系數(shù)1.75W/mK,抗電壓擊穿值4000伏以上,是是取代導(dǎo)熱硅脂的替代產(chǎn)品，其材料本身具有一定的柔韌性，很好的貼合功率器件與散熱鋁片或機(jī)器外殼間的，從而達(dá)到最好的導(dǎo)熱及散熱目的，符合目前電子行業(yè)對(duì)導(dǎo)熱材料的要求，是替代導(dǎo)熱硅脂導(dǎo)熱膏加云母片的二元散熱系統(tǒng)的最佳產(chǎn)品。該類產(chǎn)品可任意裁切，利于滿足自動(dòng)化生產(chǎn)和產(chǎn)品維護(hù)。
硅膠導(dǎo)熱絕緣墊的工藝厚度從0.5mm~5mm不等,每0.5mm一加,即0.5mm 1mm 1.5mm 2mm~5mm,特殊要求可增至15mm,專門為利用縫隙傳遞熱量的設(shè)計(jì)方案生產(chǎn),能夠填充縫隙,完成發(fā)熱部位與散熱部位的熱傳遞,同時(shí)還起到減震 絕緣 密封等作用,能夠滿足社設(shè)備小型化 超薄化的設(shè)計(jì)要求,是極具工藝性和使用性的新材料.
阻燃防火性能符合U.L 94V-0 要求,并符合歐盟SGS環(huán)保認(rèn)證
4、石墨墊片
這種導(dǎo)熱介質(zhì)較為少見(jiàn)，一般應(yīng)用于一些發(fā)熱量較小的物體之上。它采用石墨復(fù)合材料，經(jīng)過(guò)一定的化學(xué)處理，導(dǎo)熱效果極佳，適用于電子芯片、CPU等產(chǎn)品的散熱系統(tǒng)。在早期的Intel盒裝P4處理器中，附著在散熱器底部上的物質(zhì)就是一種名為M751的石墨導(dǎo)熱墊片，這種導(dǎo)熱介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有黏性，不會(huì)在拆卸散熱器的時(shí)候?qū)PU從底座上“連根拔起”。
上述幾種常見(jiàn)的導(dǎo)熱介質(zhì)外，鋁箔導(dǎo)熱墊片、相變導(dǎo)熱墊片（外加保護(hù)膜）等也屬于導(dǎo)熱介質(zhì)，但是這些產(chǎn)品在市面上很少見(jiàn)。
5、相變導(dǎo)熱材料
相變材料主要用于要求熱阻小,熱傳導(dǎo)效率高的高性能器件,主要用于微處理器和要求熱阻低的功率器件,以確保良好散熱.相變導(dǎo)熱材料在45℃-58℃時(shí)發(fā)生相變并在壓力作用下流進(jìn)并填充發(fā)熱體和散熱器之間的不規(guī)則間隙,擠走空氣,以形成良好導(dǎo)熱介面.
導(dǎo)熱材料也有性能參數(shù)
由于導(dǎo)熱硅脂屬于一種化學(xué)物質(zhì)，因此它也有反映自身工作特性的相關(guān)性能參數(shù)。我們只要了解這些參數(shù)的含義，就可以判斷一款導(dǎo)熱材料的性能高低。
1、熱傳導(dǎo)系數(shù)
導(dǎo)熱硅脂的熱傳導(dǎo)系數(shù)與散熱器的基本一致，它的單位為W/mK，即截面積為1平方米的柱體沿軸向1米距離的溫差為1開爾文（1K＝1℃）時(shí)的熱傳導(dǎo)功率。數(shù)值越大，表明該材料的熱傳遞速度越快，導(dǎo)熱性能越好。目前主流導(dǎo)熱硅脂的熱傳導(dǎo)系數(shù)均大于1.134W/mK。
2、工作溫度
工作溫度是確保導(dǎo)熱材料處于固態(tài)或液態(tài)的一個(gè)重要參數(shù)，溫度過(guò)高，導(dǎo)熱材料會(huì)因?yàn)橐后w；溫度過(guò)低，它又會(huì)因黏稠度增加變成固態(tài)，這兩種情況都不利于散熱。導(dǎo)熱硅脂的工作溫度一般在-50℃～180℃。對(duì)于導(dǎo)熱硅脂的工作溫度，我們不用擔(dān)心，畢竟通過(guò)常規(guī)手段很難將CPU的溫度超出這個(gè)范圍。
3、熱阻系數(shù)
熱阻系數(shù)表示物體對(duì)熱量傳導(dǎo)的阻礙效果。熱阻的概念與電阻非常類似，單位也與之相仿（℃/W），即物體持續(xù)傳熱功率為1W時(shí)，導(dǎo)熱路徑兩端的溫差。熱阻顯然是越低越好，因?yàn)橄嗤沫h(huán)境溫度與導(dǎo)熱功率下，熱阻越低，發(fā)熱物體的溫度就越低。熱阻的大小與導(dǎo)熱硅脂所采用的材料有很大的關(guān)系。
4、介電常數(shù)
對(duì)于部分沒(méi)有金屬頂蓋保護(hù)的CPU而言，介電常數(shù)是個(gè)非常重要的參數(shù)，這關(guān)系到計(jì)算機(jī)內(nèi)部是否存在短路的問(wèn)題。普通導(dǎo)熱硅脂所采用的都是絕緣性較好的材料，但是部分特殊硅脂（如含銀硅脂等）則可能有一定的導(dǎo)電性?，F(xiàn)在許多CPU都加裝了用于導(dǎo)熱和保護(hù)核心的金屬頂蓋，因此不必?fù)?dān)心導(dǎo)熱硅脂溢出而帶來(lái)的短路問(wèn)題。目前主流散熱器所用導(dǎo)熱硅脂的介電常數(shù)都大于5.1。
5、黏度
黏度即指導(dǎo)熱硅脂的黏稠度。一般來(lái)說(shuō)，導(dǎo)熱硅脂的黏度在68左右。
6、絕緣
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