导热界面材料（TIMs）在降低接触热阻方面具有显著作用，其通过填充界面空隙、优化接触特性等方式提升热传导效率。以下从接触热阻的成因、TIMs的作用机制、材料类型及性能对比、实际应用优化策略四个维度展开分析：
一、接触热阻的成因分析
接触热阻主要由界面微观结构缺陷引发，包括：
表面粗糙度：固体表面存在纳米级至微米级的凹凸结构，导致实际接触面积仅为名义面积的1%-10%，剩余间隙被空气填充（导热系数0.022W/m·K），形成热传导瓶颈。
界面空隙：即使施加压力，表面仍可能残留气膜或液体层，形成额外热阻层。
氧化层与杂质：接触面可能存在的氧化物、焊接残留物等，其导热系数远低于金属基体，进一步阻碍热传导。
二、导热界面材料的作用机制
TIMs通过以下机制降低接触热阻：
空隙填充：TIMs替代界面空气层，形成高导热通路。例如，导热硅脂的导热系数可达1-5W/m·K，是空气的数十倍。
接触面积扩大：TIMs的流动性可填充微米级间隙，使实际接触面积提升5-10倍。
应力缓冲：TIMs的弹性可适应热膨胀系数差异，避免界面开裂导致的热阻上升。
三、主流TIMs材料类型及性能对比
| 材料类型 | 导热系数范围（W/m·K） | 典型应用场景 | 优缺点 |
|---|---|---|---|
| 导热硅脂 | 1-5 | CPU与散热器、功率模块 | 流动性好，但长期使用可能干涸或泵出，需定期维护。 |
| 导热硅胶片 | 1-6 | 电池组、LED模组 | 厚度可控，压缩性好，但导热系数上限较低。 |
| 石墨片 | 800-1500 | 智能手机散热膜、高功率器件 | 水平导热极高，但垂直导热弱，需定向使用。 |
| 相变材料（PCM） | 3-8 | 5G基站、数据中心服务器 | 加热时软化填充间隙，兼具高导热性和长期稳定性，但成本较高。 |
| 液态金属 | 30-80 | 高端服务器、激光器 | 导热性能极佳，但存在腐蚀风险，需特殊封装。 |
| 金属钎焊 | 200-400 | 航空航天、5G基站 | 界面导热连续性最佳，但工艺复杂，成本高昂。 |
四、实际应用中的优化策略
材料选型：
间隙尺寸匹配：微米级间隙（<50μm）优先选用导热硅脂或相变材料；毫米级间隙（>100μm）可选导热硅胶片或石墨片。
接触压力适配：高压力场景（如服务器CPU）可选液态金属或金属钎焊；低压力场景（如LED模组）适用导热硅胶片。
表面预处理：
机械抛光：将接触面粗糙度降至Ra 0.1μm以下，可提升TIMs填充效率。
化学蚀刻：去除表面氧化层，降低界面热阻。
工艺优化：
厚度控制：TIMs厚度建议为间隙尺寸的1.2-1.5倍，避免过厚导致热阻上升。
压力管理：施加压力使TIMs压缩率达10%-30%，可提升接触面积。
复合应用：
多层TIMs：如“导热硅脂+石墨片”组合，可兼顾高导热和结构适应性。
纳米涂层：在接触面沉积纳米级导热涂层，可降低界面热阻。
