當客戶諮詢我們的產品時,經常會問這麼一個問題:
你們的導熱材料導熱係數最高有多少?能達到xxx?
一般聽到這種問題,我都會詢問下對方的身份,是採購還是工程師。
是的,導熱係數的高低是下遊客戶追求的目標,它對熱阻有著直接的聯繫。
上面的公式中,d代表樣品厚度,k代表導熱係數,s代表接觸面積。其中增大K值,熱阻R值減小。
試問,為了提高產品的散熱效率,誰不想把熱阻做到最小呢?
可什麼東西都有極限的,存在邊際效用遞減,如果一直增加導熱係數,熱阻的變化將逐漸減小。
以導熱矽脂為例,測試厚度為0.1mm時,經常用到的單位面積熱阻與導熱係數的關係曲線如下圖。
假設產品厚度不變,將熱阻值降低一倍,我們來看看導熱係數的變化:
導熱係數為1W/(m·K),只需提升至2W/(m·K),比較容易實現;
導熱係數為2W/(m·K),需提升至4W/(m·K),難度逐漸增加;
導熱係數為4W/(m·K),則需提升至8W/(m·K),這就很困難了。
值得注意的是,導熱係數並不是影響熱阻的唯一指標。
我們還是以導熱矽脂為例。
為提高導熱矽脂的導熱係數,我們往往需要添加更多的填料,這就犧牲了導熱矽脂的刮塗性,刮塗性不好會影響排擠接觸面空氣的效果,間接增大了傳熱熱阻。
如果不想犧牲導熱矽脂的刮塗性,勢必要增大導熱填料的粒徑,而這又會影響前面算式中的厚度d。
所以,並不是導熱係數越高,熱阻越低。
也正是基於上述原因,在選擇導熱界面材料時,建議先確定材料的使用環境,比如:
工作溫度範圍、元器件的發熱量、封裝設計、接觸材料的表面粗糙度、接觸間隙的大小、是否需要絕緣、可靠性和使用壽命等。然後根據導熱界面材料的特性綜合考量。
總的來說,在追求導熱係數的同時,一定要搭配合理的設計。