隨著第三代半導體和微電子整合技術的快速發展，功率器件及其裝置，如相控陣雷達、大功率 LED、高效能數據中心、智慧型手機、醫療裝置等體現出性 能高、體積小、整合度高的發展特點。但高密度的封裝使功率器件內部熱流密度大幅升高，局部發熱功率增大，對器件的效能和壽命造成嚴重影響，因而需要透過散熱器將這部份熱量及時匯出。
功率器件導熱材料
由於固體表面粗糙度的影響，芯片與散熱器、封裝外殼與散熱器之間會存在大量充滿空氣的間隙，而空氣的導熱系數只有 0.01～0.04 W·m-1·K-1，大大降低了導熱效率，因此需要填充具有高熱導率的熱界面材料來構造有效的導熱通路。
下面簡單介紹下導熱界面材料的導熱原理和常見導熱材料的特點。
熱界面材料導熱過程
功率芯片的散熱方式分為直接式和間接式，如圖1所示。直接式是透過熱沈直接將芯片所產生的熱量與外部環境進行熱交換；間接式先將芯片的熱量傳遞到封裝外殼，由外殼將熱量傳遞至熱沈，再與外界進行熱量交換。在功率器件與散熱器直接接觸時，由於固體表面不是絕對光滑的，二者的實際接觸面積僅為表觀接觸面積的 1%～2%，界面之間存在大量的間隙，而這些間隙會被導熱率極低的空氣填充，增加了界面熱阻。
圖1 芯片的兩種散熱方式 (箭頭為主要熱流方向)
熱界面材料 (Thermal Interface Materials, TIM) 是一種用於填充固體材料間瓦斯空隙的材料，如圖 2 所 示，可以提高界面導熱系數，最佳化功率器件熱管理效能， 從而提升功率器件可靠性，延長使用壽命。
圖2 熱界面材料的熱阻示意圖
隨著熱界面材料產業化發展，材料種類也在不斷增加，常見材料有導熱矽脂、導熱墊片、導熱凝膠、導熱相變材料、導熱膠、液態金屬等。其中，以聚合物為基底的復合熱界面材料在市場中占比接近 90%，新興的液態金屬材料雖然占比較少，但其份額正在逐漸擴大。
下表總結了 常見熱界面材料的特點和導熱效能。
常見熱界面材料的特點和導熱效能
