TIM1：芯片的 “貼身保鏢”

在熱界面材料的世界里，TIM1 堪稱芯片的 “貼身保鏢”。它通常緊緊地貼附在芯片（如 CPU、GPU 等核心芯片）與均熱板（IHS）之間 ，就像給芯片披上了一層特殊的 “散熱鎧甲”。這層 “鎧甲” 可不是一般的防護(hù)裝備，它有著極高的要求。

高導(dǎo)熱性是 TIM1 的首要特性，就好比是一條寬闊無阻的高速公路，能讓芯片產(chǎn)生的熱量以最快的速度傳遞出去。以一些高性能的 AI 芯片為例，其熱通量可高達(dá) 100W/cm2 ，如此高強(qiáng)度的發(fā)熱，如果 TIM1 的導(dǎo)熱性不佳，熱量就會(huì)在芯片內(nèi)堆積，導(dǎo)致芯片溫度急劇上升，性能大幅下降。想象一下，一輛輛裝滿熱量的 “汽車” 在狹窄擁堵的道路上緩慢前行，那芯片的 “運(yùn)行世界” 必將陷入混亂。只有具備高導(dǎo)熱性，讓熱量快速通過，才能保證芯片正常運(yùn)行。

低接觸熱阻也是 TIM1 必不可少的特性。它要像一位親密無間的伙伴，與芯片和均熱板緊密貼合，減少它們之間因?yàn)槲⒂^不平整而產(chǎn)生的空氣間隙。這些空氣間隙就像是隱藏在散熱路徑中的 “絆腳石”，會(huì)極大地阻礙熱量傳遞。而 TIM1 憑借良好的填充能力，能夠完美地填充這些微小的空隙，將熱阻降到最低，讓熱量能夠順暢地從芯片傳導(dǎo)到均熱板，為芯片的穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。

TIM2：散熱系統(tǒng)的 “穩(wěn)定后盾”

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TIM2 則在散熱系統(tǒng)中扮演著 “穩(wěn)定后盾” 的角色，它處于均熱板與散熱器（如風(fēng)扇、液冷模塊等）之間，起著承上啟下的關(guān)鍵作用。

可壓縮性是 TIM2 的一大亮點(diǎn)。在散熱系統(tǒng)中，由于不同部件的熱膨脹系數(shù)不同，在工作過程中會(huì)產(chǎn)生微小的位移和形變。TIM2 就像一塊有彈性的海綿，能夠適應(yīng)這些變化，在受到擠壓時(shí)，它可以靈活地改變形狀，始終保持與均熱板和散熱器的良好接觸，確保熱量傳遞的穩(wěn)定性。比如在筆記本電腦中，隨著長時(shí)間的使用，內(nèi)部部件會(huì)因發(fā)熱而膨脹，TIM2 就能通過自身的可壓縮性，在狹小的空間內(nèi)依然維持高效的散熱性能。

機(jī)械穩(wěn)定性對于 TIM2 來說也至關(guān)重要。它需要在復(fù)雜的工作環(huán)境中保持自身的結(jié)構(gòu)完整性，不會(huì)因?yàn)檎駝?dòng)、沖擊等外力因素而輕易損壞。在一些工業(yè)設(shè)備中，設(shè)備運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，如果 TIM2 的機(jī)械穩(wěn)定性不足，就可能會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)、脫落等問題，導(dǎo)致散熱系統(tǒng)失效。

長期可靠性更是 TIM2 的核心要求。電子設(shè)備的使用壽命往往較長，在這期間，TIM2 要始終如一地發(fā)揮作用。無論是高溫、高濕的惡劣環(huán)境，還是頻繁的熱循環(huán)，它都能穩(wěn)定工作，保障散熱系統(tǒng)的持續(xù)高效運(yùn)行。以 5G 基站為例，其功率放大器需要 TIM2 快速導(dǎo)出熱量，同時(shí)，TIM2 還要確保在長期戶外環(huán)境下的穩(wěn)定性，承受各種自然環(huán)境的考驗(yàn)，為基站的正常通信提供可靠的散熱保障。

TIM1 和 TIM2 的 “超能力”

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關(guān)鍵性能參數(shù)大比拼

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TIM1 和 TIM2 在性能參數(shù)上有著各自的側(cè)重點(diǎn)，就像兩位各有所長的 “武林高手”，在散熱的江湖中施展著不同的絕技。

導(dǎo)熱系數(shù)是衡量熱界面材料性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一，它就好比是道路的通暢程度，導(dǎo)熱系數(shù)越高，熱量傳遞就越順暢。TIM1 由于直接與發(fā)熱芯片接觸，需要將芯片產(chǎn)生的大量熱量迅速導(dǎo)出，所以對導(dǎo)熱系數(shù)的要求極高，通常需要達(dá)到 15W/mK 以上 ，甚至在一些高性能的應(yīng)用場景中，如 AI 服務(wù)器的芯片散熱，對 TIM1 導(dǎo)熱系數(shù)的要求更高。想象一下，芯片就像是一座高溫的 “火山”，TIM1 必須是一條寬闊、高效的 “巖漿輸送管道”，才能及時(shí)將熱量輸送出去，否則芯片就會(huì)被自身產(chǎn)生的熱量 “淹沒”，導(dǎo)致性能下降。

而 TIM2 的導(dǎo)熱系數(shù)要求相對 TIM1 可略低一些。這是因?yàn)?TIM2 主要負(fù)責(zé)將均熱板傳來的熱量進(jìn)一步傳遞到散熱器，在這個(gè)過程中，熱量已經(jīng)經(jīng)過了一次分散和緩沖。但這并不意味著 TIM2 的導(dǎo)熱系數(shù)不重要，它同樣需要具備良好的導(dǎo)熱性能，以確保整個(gè)散熱系統(tǒng)的熱傳遞效率。就好比接力賽中的第二棒選手，雖然不像第一棒選手那樣需要從靜止?fàn)顟B(tài)迅速啟動(dòng)，但也必須保持穩(wěn)定的速度，將接力棒順利傳遞下去。

接觸熱阻也是影響熱傳遞效率的重要因素。它類似于道路上的障礙物，接觸熱阻越小，熱量傳遞就越容易。TIM1 的接觸熱阻與材料的順應(yīng)性和浸潤性密切相關(guān)。為了降低接觸熱阻，TIM1 的材料需要能夠很好地貼合芯片和均熱板的表面，填充微小的空隙。例如，通過優(yōu)化填料粒徑，采用球形氧化鋁等，能夠增加材料與界面的接觸面積，從而降低接觸熱阻。而 TIM2 在接觸熱阻方面，除了要考慮與均熱板和散熱器的貼合程度外，還需要在長期的使用過程中保持穩(wěn)定的接觸性能，以應(yīng)對各種復(fù)雜的工作環(huán)境。

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材料組成與技術(shù)挑戰(zhàn)剖析

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TIM1 和 TIM2 的材料組成決定了它們的性能特點(diǎn)，同時(shí)也帶來了一些技術(shù)挑戰(zhàn)。

TIM1 的材料通常由基材和導(dǎo)熱填料組成。基材一般采用高分子材料，如硅膠、環(huán)氧樹脂等，這些材料具有良好的柔韌性和界面適應(yīng)性，能夠很好地貼合芯片和均熱板的表面。就像一層柔軟的 “皮膚”，能夠緊密包裹住芯片和均熱板，為熱量傳遞提供良好的界面。導(dǎo)熱填料則是提高 TIM1 導(dǎo)熱性能的關(guān)鍵，常用的有氮化硼（BN）、氧化鋁（Al?O?）、石墨烯等 。這些導(dǎo)熱填料就像是一條條 “高速公路”，鑲嵌在基材中，為熱量傳遞開辟快速通道。當(dāng)?shù)鸬奶畛淞窟_(dá)到 80% 時(shí)，TIM1 的導(dǎo)熱性會(huì)顯著提升，能夠更高效地將芯片產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)出去。

然而，TIM1 在實(shí)際應(yīng)用中面臨著一些技術(shù)挑戰(zhàn)。其中，泵出效應(yīng)是一個(gè)較為突出的問題。在熱循環(huán)過程中，液態(tài)的 TIM1 由于受到溫度變化的影響，容易被擠出界面，就像水從海綿中被擠出一樣。這不僅會(huì)降低 TIM1 的散熱性能，還可能對電子設(shè)備的其他部件造成污染。為了解決這個(gè)問題，科研人員不斷研發(fā)抗疲勞材料，如石墨烯泡沫等。石墨烯泡沫具有良好的柔韌性和穩(wěn)定性，能夠在熱循環(huán)過程中保持結(jié)構(gòu)完整，有效減少泵出效應(yīng)的發(fā)生。

熱膨脹系數(shù)（CTE）不匹配也是 TIM1 面臨的一大挑戰(zhàn)。芯片在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致自身溫度升高，從而發(fā)生膨脹。而 TIM1 和芯片、均熱板的熱膨脹系數(shù)可能不同，這就會(huì)在界面處產(chǎn)生應(yīng)力，長期積累可能導(dǎo)致界面分層，影響散熱效果。為了應(yīng)對這個(gè)問題，通常會(huì)結(jié)合粘合劑來增強(qiáng)界面的結(jié)合力，或者通過改進(jìn)材料的機(jī)械強(qiáng)度，使其能夠承受一定的應(yīng)力，保持界面的穩(wěn)定性。

TIM2 的材料組成同樣包括基材和導(dǎo)熱填料。基材除了高分子材料外，有時(shí)也會(huì)采用液態(tài)金屬等特殊材料。液態(tài)金屬具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能和流動(dòng)性，能夠更好地適應(yīng)均熱板和散熱器之間的復(fù)雜形狀和微小間隙，提高熱傳遞效率。導(dǎo)熱填料的選擇與 TIM1 類似，但在填充比例和排列方式上會(huì)根據(jù) TIM2 的性能要求進(jìn)行調(diào)整。

對于 TIM2 來說，在滿足散熱需求的同時(shí)，還需要兼顧材料的成本和可加工性，以適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的需求。在新能源汽車的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)中，需要大量使用 TIM2，此時(shí)材料的成本和可加工性就成為了重要的考慮因素。科研人員通過不斷優(yōu)化材料配方和制造工藝，在保證 TIM2 性能的前提下，降低成本，提高生產(chǎn)效率。

TIM1 和 TIM2 的 “未來之路”

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市場規(guī)模與國產(chǎn)化進(jìn)展

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在科技浪潮的推動(dòng)下，熱界面材料市場迎來了蓬勃發(fā)展的黃金時(shí)期。全球熱界面材料市場規(guī)模呈現(xiàn)出迅猛增長的態(tài)勢，預(yù)計(jì)從 2024 年的 24.8 億美元一路飆升至 2034 年的 76.2 億美元 ，年復(fù)合增長率高達(dá) 11.9%。而中國市場也不甘示弱，增速與全球同步，年均復(fù)合增長率預(yù)計(jì)為 11.3% ，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)材料領(lǐng)域，成為全球熱界面材料市場中一顆耀眼的新星。

這一增長背后，是 AI、新能源汽車、智算中心等領(lǐng)域的強(qiáng)勁需求在 “撐腰”。隨著 AI 技術(shù)的飛速發(fā)展，AI 手機(jī)、AI 服務(wù)器等終端設(shè)備的出貨量不斷攀升。預(yù)計(jì) 2025 年中國 AI 手機(jī)出貨量將達(dá)到 1.18 億臺(tái)，同比增長 59.8% ，占整體手機(jī)市場的 40.7%。這些高性能的 AI 設(shè)備對散熱性能提出了極高的要求，熱界面材料作為核心散熱方案，其在導(dǎo)熱硅脂、凝膠等領(lǐng)域的滲透率也將隨之水漲船高。

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未來發(fā)展方向

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熱界面材料的發(fā)展將圍繞高性能材料創(chuàng)新和綠色與智能化制造兩大方向展開，不斷推動(dòng)行業(yè)的變革與進(jìn)步。

在高性能材料創(chuàng)新方面，新型填料的研發(fā)成為熱點(diǎn)。碳納米管、石墨烯復(fù)合材料等新型填料展現(xiàn)出了卓越的性能優(yōu)勢。這些材料不僅具有高達(dá) 17 - 26W/mK 的導(dǎo)熱系數(shù) ，能夠?qū)崿F(xiàn)高效的熱傳導(dǎo)，還兼具良好的柔韌性，能夠更好地適應(yīng)各種復(fù)雜的應(yīng)用場景。在一些對散熱要求極高的可穿戴設(shè)備中，這些新型填料制成的熱界面材料可以在狹小的空間內(nèi)靈活布置，有效解決設(shè)備的散熱難題。

TIM1 和 TIM2 的重要使命

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TIM1 和 TIM2 作為熱界面材料中的關(guān)鍵成員，就像電子設(shè)備散熱系統(tǒng)中的 “左膀右臂”，在電子散熱領(lǐng)域肩負(fù)著重要使命。它們通過獨(dú)特的性能和緊密的配合，為電子設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的保障，在消費(fèi)電子、新能源汽車、數(shù)據(jù)中心等眾多領(lǐng)域都發(fā)揮著不可替代的作用。

隨著 AI、新能源等領(lǐng)域的持續(xù)爆發(fā)式增長，對熱界面材料的性能要求也將越來越高。未來，TIM1 和 TIM2 將朝著更高導(dǎo)熱性、更好可靠性和更強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性的方向不斷發(fā)展。高性能材料的創(chuàng)新，如新型填料和相變材料的應(yīng)用，將為它們帶來更卓越的性能提升；綠色與智能化制造技術(shù)的發(fā)展，將使它們更加環(huán)保、高效，滿足不同應(yīng)用場景的多樣化需求。

國產(chǎn)化進(jìn)程的加速也將為 TIM1 和 TIM2 的發(fā)展注入強(qiáng)大動(dòng)力。我國在熱界面材料領(lǐng)域的技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展，將逐步打破國外企業(yè)的壟斷，提升我國在全球熱界面材料市場的地位。在未來的科技競爭中，TIM1 和 TIM2 必將繼續(xù)發(fā)揮關(guān)鍵作用，推動(dòng)電子設(shè)備散熱技術(shù)不斷進(jìn)步，為各領(lǐng)域的發(fā)展帶來深遠(yuǎn)影響。

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作者：熱管理實(shí)驗(yàn)室