热传导率和热阻抗｜选择TIM相关的热特性

热传导率和热阻抗｜选择TIM相关的热特性

随着电子设备所使用半导体封装的高集成化，必须采取措施防止热量产生。作为热量控制的手段，一般是向热扩散器、散热片等散热构件传递热量，而为了将半导体芯片产生的热量有效传送，“TIM（Thermal Interface Material）”必不可少。

使用/选择TIM时，需要具备有关热特性的基础知识。在此对热传导率和热阻抗进行解说后，介绍TIM的类型和操作性。

TIM的特点

在减少电子部件产生的热量时，一般采取将热量传导到热扩散器、散热片、外装框体等散热材料来进行散热的手段。TIM封装在作为发热部的半导体芯片与散热材料之间。

TIM的使用目的

如果发热体与散热构件直接接触，即使在宏观层面上看似接触，但在微观层面上表面有细微的凹凸，所以界面会存在气隙。由于气隙的热传导率非常低，因此来自发热体的热量会避开气隙传导，从而导致散热效率低下。为了解决这个问题，需要使用TIM来填充气隙，从而有效传热。

TIM的选择需要考虑发热体和散热构件的材质和表面形状等，不仅要着眼于与热传导相关的特性，还要注意柔软性和操作性等。

热传导率和热阻抗

选择TIM时首先要注意的是与传热相关的热特性，理解热传导率和热阻抗至关重要。

热传导率

热量只能通过传导、对流和辐射从高温处传导到低温处，不会反向传导（热力学第二定律）。移动构件的热能可以通过傅立叶方程计算。热传导率是表示传热难易度的数值，是物质固有的值。材料的热传导率越高，传热速度就越快，因此冷却效果很高。

热阻抗

除了热传导率以外，热阻是表示材料热特性的一个指标。热阻通过以下计算公式得出。当热传导率恒定时，热阻取决于材料的厚度和个体相互接触的传热面积。

但是，如果构件表面有细微的凹凸面，并且有形成气隙的接触界面，那么构件之间的接触面就会产生对于热流的阻力。有必要考虑构件自身的热阻和构件之间接触界面产生的热阻之和，也就是总阻抗（热阻抗）。

热阻抗是对于从高温部表面流向低温部表面的热流的总热阻。因此，热阻抗θ通过以下计算公司进行计算。

选择TIM需要热分析和评估

为了降低接触界面的热阻，TIM必须在厚度方向上具有高热传导率，同时具备填充气隙的柔软性。

TIM的规格参数中记载了热传导率。但是，由于热传导率是物质固有的值，因此在实际的热设计中需要考虑包括接触界面热阻在内的热阻抗。

热传导率不能转换为热阻抗。另外，热阻抗会根据界面上细微的凹凸状态而变化。实机评估和模拟对于使用TIM的热量控制是必不可少的。

TIM的类型和操作性

在量产中，为了使用TIM降低热阻抗，不仅需要热传导性能，还需要极力抑制封装TIM时的偏差，填充接合面的凹凸。为此，封装TIM时的操作性也很重要。在此介绍TIM的类型和操作性。

TIM的类型

TIM的类型如下表所示，需要根据使用情况区分使用。