介紹
熱阻抗和熱導率是熱界面材料 (TIM) 選擇過程中的兩個關鍵材料屬性。 TIM材 是一組獨特的耐熱材料，在發光二極管 (LED) 和電腦處理單元 (CPU) 等複雜電子設備中充當被動熱傳輸器。 它們將多餘的熱量從電子設備的高熱能區域傳輸到散熱器或耗散器，防止因過熱而造成損壞或故障。
TIM 材料的性能與其導熱率和熱阻抗直接相關，故了解這些熱交換過程對於確定這些材料在防止電子設備過熱方面的潛力至關重要。
在本文中，我們深入探討了熱導率和熱阻抗的定義、特徵和應用。 我們強調它們的差異，以及每種獨特的屬性如何反映材料在電子設備熱管理中的作用。
1：導熱係數
1.1 定義：
儘管熱導率僅代表了描述熱界面材料性能的一半，但熱導率是跨多個行業廣泛使用的指標，用於描述材料的導熱能力。 導熱性是由於分子運動和攪動而發生的，而沒有任何實際材料的移動。
材料的導熱率取決於多種因素，包括溫度梯度（較高溫度下的物體與較低溫度下的物體之間的溫差）、分子和原子材料特性，以及熱量在被另一種具有不同導熱率值的固體中斷之前傳播的路徑長度。
1.2 熱導率測量及實例
材料的熱導率以瓦特每米開爾文 W/(m/K) 表示。 被歸類為“良導體”的材料和物質（例如銅和鋁）的導熱係數值在 200-400 W/(m/K) 範圍內。 不良導體通常是氣體或高度多孔的材料，包括大氣，其導熱係數極低，約為 26 W/(m/K)。
空氣通常被摻入隔熱材料中，例如聚苯乙烯泡沫塑料和建築隔熱材料，以防止熱量通過它們傳播。 導熱率是一種關鍵的材料特性，與材料的尺寸、形狀或厚度無關，因為它主要由溫度梯度上隨機分子運動引起的傳熱效率決定。
熱導率的測量主要採用兩種技術：穩態法和瞬態法。 測量方法的選擇很大程度上取決於被測材料的類型。 Thermtest 提供了許多不同的設備，可以按照兩種方法中強調的程序來測試導熱率。 其中一些設備包括熱流量計和瞬態線法，這兩種設備都可以提供精度極高的 R 值讀數。
2：熱阻
2.1 熱阻和接觸電阻
要了解熱阻抗，簡要了解熱阻或熱導率的倒數會很有幫助。 熱阻反映了材料抵抗熱量通過的能力，與材料的厚度直接相關。 對於熱界面材料來說也是如此，較厚的 TIM 比較薄的 TIM 更有效地傳遞熱量。
接觸電阻是討論 TIM 時需要考慮的另一個重要材料屬性，並且特定於 TIM 與散熱器發熱組件接觸的界面。 由於這些部件幾乎不可能直接平放在彼此的頂部，因此兩種材料之間總會存在一些不同的空隙和縫隙，從而降低傳熱的全部效率。 兩種材料之間存在的小空間和氣隙會影響它們的接觸電阻，因為空氣是一種極差的熱導體。
2.2 熱阻
熱阻抗是所有熱阻和接觸電阻值的總和。 具有高熱阻抗的材料是熱的不良導體，因為該材料具有較高的熱阻和接觸電阻。 這可能是由於許多阻礙熱量傳遞的因素造成的，包括表面粗糙度、夾緊壓力、粘合劑的存在、材料和厚度的不均勻性。 由於熱阻抗考慮了一系列不同的物理因素，因此它更全面地描述了材料如何充當電子設備中熱量傳遞的促進者或屏障。
總結
在比較熱界面材料的有效性時，比較材料的熱導率和熱阻抗更為現實，而不是簡單地將材料屬性分析限制為熱阻、熱阻抗或熱導率。 特別是在電子設備更複雜的情況下，不良的熱調節和 TIM 性能可能不利於設備的成功運行。 了解熱阻和熱導率的關鍵特性和測量過程有助於確保電子設備保持安全運行，並且不會因傳熱和內部溫度調節不良而面臨損壞的風險。
參考資料
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