中国导热材料及器件行业概况技术水平与发展趋势

1、导热器件工作原理

电子产品的性能越来越强大，而集成程度和组装密度不断提高，导致其工作功耗和发热量的急剧增大，这意味着能否有效散热变得比以往更为重要了，这一趋势为导热材料的发展提供了机会。在热力学中，散热就是热量传递，而热量的传递方式主要有三种：热传导，热对流和热辐射。根据热的传递方式，散热系统可以由风扇、散热片（如石墨片、金属散热片等）和导热界面器件组成。其工作原理以普通的CPU 风冷散热器为例，CPU 散热片通过导热界面器件与CPU 表面接触，CPU 表面的热量传递给CPU 散热片，散热风扇产生气流将CPU 散热片表面的热量带走。

导热界面器件功能是填充发热元件与散热元件之间的空气间隙，提高导热效率，通常用于通讯设备、计算机和外设、功率变换设备、存储模块、芯片级封装等领域。未采用导热界面器件时，因为发热元件与散热元件表面的微观不平度，使两者之间的有效接触面积，大部分被空气隔开，不能有效散热，影响产品的工作稳定性及使用寿命。采用导热界面器件能实现热的有效传递，提高电子产品的工作稳定性及使用寿命。

采用及未采用导热界面器件的散热效果图如下：

石墨片的工作原理是利用其在在水平方向上具有优异的导热系数的特点（性能好的石墨片导热系数能达到1500－1800W/mK，而一般的纯铜的导热系数为380W/mK，高的导热系数有利于热量的扩散），能够迅速降低电子产品工作时发热元件所在位置的的温度（热点温度），使得电子产品温度趋于均匀化，扩大散热表面积以达到降低整个电子产品的温度，提高电子产品的工作稳定性及使用寿命。

2、导热材料及器件行业的发展

1947 年第一个晶体管问世，彻底改变了电子线路的结构，集成电路以及大规模集成电路应运而生，人们使用陶瓷片、云母片+导热膏的组合方法来解决晶体管与散热片间的导热绝缘界面问题。20 世纪80 年代，高导热多胶粉云母带的制成，解决了陶瓷片及云母片硬度大、易碎等问题，导热器件进入弹性体基材时代。20 世纪90 年代，随着个人电脑的迅猛发展，微处理器（CPU）的性能不断提升，与散热装置间的导热要求越来越高，导热材料不断更新、升级。更高导热系数的填料及基材的试验成功，推动了导热器件的多元化发展。以硅胶、石墨为基材的导热材料发展迅速，导热相变材料开始批量应用。

21 世纪初，移动互联网热潮的兴起，手机、平板电脑等手持设备仅靠壳体散热，带来导热器件的巨大需求，并不断提升器件的柔软要求，各厂家推出了各种导热硅胶垫以及导热胶、导热泥、导热凝胶、导热石墨膜等新产品。此外，液态导热胶和导热胶带产品也在铝基板电路、电源、汽车电子等行业中得到更多应用。目前导热界面器件主要有：导热膏、片状导热间隙填充材料、液态导热间隙填充材料、相变化导热界面材料和导热凝胶等。

目前，行业内广泛应用的导热器件包括导热界面器件、石墨片等，其主要特征、应用领域和示例图形如下：

3、导热材料及器件的技术水平与发展趋势

目前，行业内广泛应用的导热器件包括导热界面器件、石墨片等。其中导热界面器件的导热性能主要由填充的导热填料决定。目前，有机硅领域中所使用的导热材料有氧化铝、氧化硅、氧化锌、氮化铝、氮化硼和碳化硅等，尤其是以微米氧化铝和硅微粉为主体，纳米氧化铝和氮化物为高导热领域的填充粉体，而氧化锌大多作为导热膏（导热硅脂）填料用。

国内此类填料的生产工艺与国外比相对落后，针状和柱状导热填料微粉一致性有待提高，尤其是球形导热填料微粉具有产品粒径大、表面积小、填充率高和不易增粘的缺点，高档导热材料基材目前基本依靠进口。随着技术的不断进步，复合型材料的开发和工艺的改进，我国的导热相表材料、导热硅脂、导热填充胶和导热凝胶材料将得到进一步的发展。

导热石墨膜材料因其碳原子结构具有独特的晶粒取向，具有非常优异的平面导热性能，其片层状结构可很好地适应任何表面，同时具有比重低、耐高温、长期可靠等优点，近几年来随着3G、4G 通讯技术的普及应用，已被大量应用于消费电子等产品，如智能手机、数码相机、平板电脑、笔记本电脑、电视机等。

目前导热石墨膜因原材料及制备方法的不同分为天然石墨膜和人工石墨膜两种。由于人工石墨膜较天然石墨膜具有更好的导热性能，且人工石墨膜在技术进步的推动下，成本不断降低，性能不断提高，很好的满足了消费电子等产品发热量越来越大、结构越来越紧凑而带来的散热需求，发展空间较大。

随着技术的不断发展，电子产品对热管理方案有着更高的要求，因此对导热石墨膜材料将提出更多新的要求，如厚度更薄、导热性更好，以及可加工为3D结构产品，或与其他材料结合而形成复合多功能材料等。