如何選擇導熱墊片

現代電子設備逐漸朝向小型化、輕量化的設計需求已成為主要的發展趨勢，在有限的空間裡如何達到高效率的散熱方式。大部分電子元件表面都無法保證完全光滑，使得與散熱器間存在空隙，而熱能無法即時發散。此時需要使用導熱片來填補空隙，確保熱能的傳導不受阻礙，本文將討論各種導熱墊片以及該如何挑選合適的導熱墊片。

 

1. 緒論

        電子材料表面和散熱鰭片接觸時，接觸面的空隙會嚴重阻礙熱能傳導，如圖 1。因此需要透過導熱介面材料如導熱矽脂、導熱片等等填補空隙，讓元件的熱能更順利傳導至散熱鰭片上，圖 2為使用導熱片填補空隙的示意圖。以下將介紹與導熱墊片相關的名詞與解釋。

• 一般導熱矽膠片

           一般的導熱矽膠片就已具備絕緣性、壓縮性，柔軟等特性，導熱係數大多落在2～8(W/m·K)，可以有效填充發熱元件與散熱器之間的縫隙，達到降低熱阻的功能，而導熱係數具有可調控性，導熱穩定性佳，因此適用於各式各樣的場合。

• 高導熱矽膠片

           這類型矽膠片是由一般導熱矽膠片進步衍生而來，透過調整矽膠與金屬氧化物的比例，增加矽膠片的導熱係數，一般可至10(W/m·K)以上，比起一般導熱矽膠片更適合用在高發熱元件與散熱器之間的填充。

• 帶玻纖導熱矽膠片

           當導熱矽膠片的厚度下降時，會有韌性降低及破裂的風險，透過添加玻璃纖維增加結構強度與絕緣能力，使得帶玻纖導熱矽膠片適合使用在環境較嚴苛或需高絕緣能力的場合，如電機、車輛這種長時間工作，頻繁震動的環境。但其生產工藝較為複雜，成本較高。

• 非矽型導熱片

           相較於導熱矽膠片，非矽型導熱片的種類單一、較高成本，因此應用領域比導熱矽膠片要少，主材料以樹脂為主，具備高絕緣性、壓縮性，柔軟等特性，相對於導熱矽膠片不會有矽氧烷成分揮發、矽油析出的問題，適合使用在矽敏感的特殊領域，如光學儀器、醫療電子應用等。

以下整理各類型導熱片如表 1，根據導熱墊片組成成分不同，對各種特性作相互比較表。

 

表 1 導熱片比較表

	一般導熱矽膠片	高導熱矽膠片	帶玻纖導熱矽膠片	非矽型導熱片
導熱係數(W/m·K)	1-8	>10	<5	1-8
絕緣性	普通	低	高	高
延展性	普通	高	低	普通
結構強度	普通	低	高	普通
成本	低	普通	高	高

 

3. 如何挑選導熱墊片

        市面上的導熱墊片種類繁多，該如何挑選合適的導熱墊片往往是最重要的一環，以下將提供幾個面向作為挑選導熱片的依據。

• 間隙大小

發熱元件與散熱器之間的間隙大小決定了可採用的導熱片厚度及延展率，當導熱墊片的厚度越厚，其導熱能力就會下降，故選擇高導熱係數以達想要的導熱能力。間隙低於0.5mm時，導熱墊片在高壓力下產生破裂的風險，因此採用添加玻璃纖維的導熱片增加結構強度。

• 發熱面積、功率

發熱體的面積及功率，決定了我們挑選導熱墊片的導熱係數大小。當發熱面積越小、功率越大時，導熱墊片必須選用高導熱係數的導熱片維持散熱效果。

• 絕緣需求

導熱墊片要注意耐電壓能力，在高電壓或電源系統的應用上，可以採用添加了玻璃纖維的導熱片，獲得更高的絕緣能力。

 

4. 其他導熱界面材料

• 導熱矽脂

又稱散熱膏，常溫下呈現膏狀，主要成分為矽氧樹脂，其絕緣能力較導熱墊片差，而導熱係數接近於一般的導熱矽膠片。使用上易髒汙周圍器件，而且難以重複使用，但相對的成本較低且厚度極薄，廣泛使用於各電子產品中發熱體需緊貼散熱元件的場合。

• 導熱膠泥

長期可靠度優異的含矽型導熱膠，擁有介於液態和固態的物理特性，硬度落在導熱墊片與散熱膏之間，具高黏性，目前多使用在大量自動化生產的車用相關電子產線。

 

5. 結論

市面上的導熱墊片選擇相當多樣，無論是一般型、高導熱型、帶玻纖型的導熱矽膠片，還是專為矽敏感電路設計的非矽型導熱片，均能提升發熱元件對散熱器的熱傳導能力，但導熱墊片的選用不是導熱係數越高越好，而是根據厚度、硬度、散熱面積、絕緣性等等的需求，選擇最適合的導熱墊片。

 

 

 

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