导热界面材料的在实际工程中的选用考虑因素
界面材料的选用，需要综合界面材料的特点和具体应用场景而定。笔者结合设计经验，从内外两个方面对界面材料需要考虑的因素总结如下。
1 内部：材料自身属性
当获取一款新的界面材料时，需要关注如下属性，方便后续选用：
热阻随压力的变化曲线；
导热系数；
厚度空间（空间填充性能）；
硬度；
弹性；
拉伸强度；
阻燃等级；
环保认证；
成本；
储存周期；
施加到产品上时的难度和效率；
可重复利用属性；
产品返修时是否方便拆除；
性能随时间的衰减曲线；
化学成分；
介电常数和绝缘属性；
黏度；
工作温度范围；
工作状态挥发难度；
粘性；
减震吸声效果；
抗热冲击性能。
2 外部：分析应用场景
界面材料归根结底是降低热量的传导难度，需要明确问题特点，结合具体使用场景，选择合适的材料。分析考量的场景因素包括但不限于如下几条：
应用场景热流密度；
热界面材料的方向（考虑流态界面材料垂流可能）
绝缘要求；
高度容差；
接触面许用应力；
接触面材料；
接触面表面处理情况；
阻燃等级要求；
产品环保要求；
界面材料运行时的温度范围；
散热手段允许占用的空间；
产品返修率；
产品运行过程中可能出现的收到界面材料挥发的影响（如LED的应用可能导致影响发光质量、消费类电子可能影响外观）；
减震吸声要求；
成本要求。
附：界面材料选型注意事项20条
1．首先，热接触面的成分要确定。它是半导体，IGBT（绝缘栅双极晶体管），MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管），散热片，冷却极板或者其他的。板面上的实际成分可能会限制TIM的类型，如果是一个CPU或者GPU，将使用高性能的产品，如果你试图改变成分的不同高度，可以使用间隙填充剂。如果你有绝缘的需要，可以选用绝缘体。以下是各种热界面材料：
相变材料（PCM）：该材料柔软或者在50-100度间融化，可填充两表面的空隙，减小其间的热阻；
间隙填充剂：产品可填充表面见0.254-0.508mm（0.01-0.02英寸）的间隙，使用该填充剂可减小热传导材料的热阻；
Putty：极软的间隙填充剂，可以压缩到原始尺寸的50%；
导热膏：可减小接合面的热阻，该物质可在两表面间产生很小的联结厚度；
绝缘体：降低热阻的绝缘材料；
高性能材料：热阻在0.1℃-in2/w（0.65℃-cm2/w）以下的相变材料或者导热膏
2．测定要扩散的热量大小十分重要（一般以w为单位）。如果你试图散发大热量，就该选用性能好的导热膏或者填充剂，在封装过程中，低热阻产品可以带走更过的热量。
3．弄清楚热接触点的锁合方式：普通的有螺栓，弹力夹箍，碟形垫圈等等，如果是螺栓性的，可使用间隙填充剂或者绝缘体类的，如果是固定间隙，那么应注意间隙的最大和最小尺寸，封装设计决定了这个变化。弹力夹箍，碟形垫圈（乃至有压力的情况下）型应选高性能材料；
4．界面尺寸和面积：大面积产品首选填充剂型的，空隙和表面的不平整均可被填充，小面积产品没有这个限制，故可采用高性能型。分界点是25.4mm*25.4mm，当然也有例外。一般来讲，大尺寸产品（如76.2mm*101.6mm，即3in*4in），填充剂型可以很好的填充整个表面，与产品表面的平整度和是否刨光关系不大。如果你使用0.508mm（20mil）的填充剂，它可以局部是20mil，局部是15mil，5mil或者更厚点的填充剂，可以在1-3mil间使用，但是在4-5mil间使用很困难，因为PCM很难保持5mil的状态，他会流动或者溢出，将会影响表面的清洁度。这点上大面积的要比小面积（变化细微）的受影响大些。
5．为了更有效的散热，界面的温度范围要确定，间隙填充剂的使用范围是-40到200度之间，高性能材料大多数的使用温度是-25到125度，所以二者的使用参数应保持一致。
6．热表面的锁合压力是决定选用哪种材料的一个因素。如果锁合压力在0.14到0.34MPa（20-50PSI），可选用间隙填充剂。如果压力大于0.34MPa（50PSI），高性能材料则更合适一些，当然也有例外。如果压力太高，而采用硅树脂基间隙填充剂的话，累积的热量会使硅树脂流出，留在板上的成分随之改变。如果很小的压力采用高性能材料的话，界面热阻就不能最优化。如果设计基于X等级的热阻，而实际热阻是Y级，那么热量将不能如预期的散发，热问题和热失败也就难免了。
7．决定于附属成分的条件（如BGA）的热接合点的压力限制和焊接限制是否可以预防疲劳问题呢？PCB板的饶度压力也应该考虑到。如果板安装在BGA或者另外的精密成分将会使刚性板发生扭曲变形，这种情况下，一些软材料更合适一些，它们不象其它材料一样要在板上施加很大的压力，很低的压力（小于0.07mpa，即小于10psi）。putty和软的间隙填充剂适合BGA，因为它们不需要高压且球状结构优于传统间隙填充物质。
8．材料的类型，表面处理，热接合点的表面平整度也是重要因素。好的刨光表面或者机械表面（如军用，航空设备）使用高性能材料或者空隙填充剂都没问题。如果是铸造品或者挤出成型的则该使用间隙填充剂，因为它们可以有效的填充间隙，处理表面不平。
9．确定界面材料是否需要绝缘。现在有导电热材料，如石墨填充的；间隙填充物是绝缘的；相变类及导热膏则不能完全确定，如果很厚的话，它们之间没有空穴，为绝缘型，如果产生空穴且存在金属离子，则导电。
10.界面材料是否可循环使用？虽然推荐更换使用过的界面材料，但是某些情况下间隙填充剂可再次利用。高性能材料则必须更换，PCM类的最好在它们还热的时候更换，室温下处理要困难点。
11．考虑界面是水平或者垂直方向。间隙填充剂用在垂直方向要好一点，高性能的也可以，具体情况咨询厂家。
12．震动因素：间隙填充剂吸收震动要优于高性能材料。
13．如果是在真空条件下，产品可变硬满足NASA抽气条件。
14．如果你必须撤出硅树脂，如belcore，仍有可满足belcore标准的硅树脂基产品。
15．很多情况下有UL阻燃要求，很多TIM材料是HB和V0级，绝缘型和大多数高性能材料是94v0级。当然也有许多的可能性，建议联系权威专家。
16．模具切割可以降低材料成本。如方角代替圆角可以共享钢模rail，这样可以节约圆角产品的角和凹槽材料。
17．如果热衬垫需要粘性压力敏感材料或者安装时候需要粘性材料，那么有些材料本身就有粘性。说明：粘性不代表永久黏接，仍然需要一些锁合装置。 粘性仅仅是安装过程中的黏接，要避免误用，注意粘性和导热并不成正比，热性能决定于材料的厚度。
18．如果在拆卸时热衬垫需要留在一个表面上，某些处理过的材料可以做到这点。
19．如果某些情况下，安装过程中热衬垫需要“滑动”，也有一些表面光滑的材料是理想的选择。也可提供支持滑动和插入的载体。石墨材料由于本身特性也是优秀的滑动材料。
20．有些最终要求决定于特殊封装要求，如kiss-cut，rolls或者special liners，使用TIM产品可以支持这些封装和外形，如果是某些产品考虑价格节约成本，可以使用性能差点的产品；如果某些产品空间很小，成本要求不严格，高性能材料可以使封装最佳化
作者简介：陈继良，仿真秀专栏作者，文章节选自机械工业出版社发行，陈继良老师编著的《从零开始学散热》，点击可订购。
