什么是导热脂？

导热硅脂是一种非固化型导热界面材料 (TIM)，它填充热源和冷却表面之间的微小气隙，使热量能够以更小的阻力穿过连接处。它是一层薄薄的膏状物，涂抹在处理器、电源模块或电池接触面与其散热器或冷板之间。由于它不会固化变硬，也不会将部件粘合在一起，因此与导热胶不同，尽管这两个名称经常被混用。.

对于电动汽车或储能组件而言，界面本身决定了在特定连接处使用润滑脂、间隙填充剂还是垫片才是合适的选择。润滑脂适用于薄而平整的夹紧表面，而宽阔或不平整的间隙以及承载连接则需要其他材料。与任何界面一样，润滑脂连接也有其使用寿命。这样理解有助于工程师将注意力集中在需要封闭的热通路上，而不是纠结于一份通用的“最佳润滑脂”清单。.

导热硅脂如何降低接触热阻

芯片与散热器之间看似牢固接触的大部分实际上是被困住的空气。两个看似平坦的表面仅在零星的凸起处相接，而它们之间的缝隙则充满空气，空气的导热系数很低，约为 0.026 W/m·K。这层薄薄的空气与其余的热通路串联，因此裸露的金属对金属连接处的温度会比单独部件的温度高。.

导热硅脂通过将空气排出并用导电性更好的材料取而代之，从而降低连接处的电阻。填充型硅脂的导热系数通常在 2 到 10 W/m·K 之间，远高于被其取代的空气，一些特殊配方甚至声称导热系数更高。这种硅脂不需要像铜一样具有高导电性，它只需要在保持稀薄的同时，能够克服其所取代的空气间隙即可。.

厚度是大多数团队容易低估的一个变量。润滑脂层的电阻与其结合层厚度除以其导电性成正比，因此，厚厚的导电性高的润滑脂层可能不如薄薄的导电性低的润滑脂膜。总界面电阻再加上每个接触面的接触电阻，而接触电阻会随着夹紧压力、润湿性和表面光洁度而变化。实际的目标是在保证两个表面均润湿的前提下，形成尽可能薄且连续、无空隙的润滑脂膜。.

界面参数是可测试的，而非营销宣传。润滑脂的热阻和体导热系数是根据 ASTM D5470 标准测量的，这是一种稳态测试方法，将材料夹在两个参考杆之间，并设定温度和接触压力。测试方法是读取样品两端的温降。在比较不同产品时，决定结温的关键指标是实际粘合层厚度和压力下的测量电阻，而不是标称的导热系数。.

导热硅脂的成分是什么？

润滑脂的几乎所有特性都由两种成分决定：流体载体和导热填料。载体通常是硅油或合成油，能够渗入表面粗糙处并保持附着。填料的作用是在空气排出后真正传递热量。.

填料通常是无机陶瓷，例如氧化铝、氧化锌、氮化硼或碳化硅，一些高导电性产品则使用金属颗粒。许多陶瓷填充润滑脂的配方都具有电绝缘性，这在裸露的焊盘和母线附近是更安全的默认选择。即便如此，产品的绝缘性能仍应根据其电气数据来确认，而不能仅凭填料类型来推断。金属填充和液态金属配方可以提高导电性，但它们也可能导电，因此如果迁移到附近的线路上，则存在短路风险。这种填料和载体的逻辑与……背后的逻辑相同。 导热硅脂的成分是什么？, 因为油脂和膏体指的是同一类物质。.

填料添加量是一个平衡的过程，并非“越多越好”。更多的填料会提高导电性，但也会增加粘度，这不利于形成材料本应形成的薄而无空隙的粘合层。配方师需要在导电性、润湿性、泵送性和稳定性之间进行权衡，因此，即使两种润滑脂的参数参数相似，它们在装配过程中的表现也可能截然不同。.

导热硅脂与其他界面材料的比较

当接合处平坦、薄、夹紧紧密且可能需要再次打开时，应选择润滑脂。由于润滑脂不会固化，因此可以拆卸并重新安装散热器或冷板，而且润滑脂能形成非常薄的粘合层，不会增加机械应力。但随着间隙增大或组件发生弯曲，这些特性也会变成弱点。.

间隙垫和凝胶可以弥补油脂无法解决的公差和堆积问题。 导热凝胶 或者说，间隙填充物用于填充电池单元和冷却结构之间较大且不均匀的间隙，而薄薄的油脂膜无法完全填充这些间隙。无论给定 导热垫具有导电性 绝缘性能取决于其配方而非形式，因此，决定绝缘性能的是数据手册，而非产品类别。相变材料位于润滑脂和垫片之间，在达到工作温度之前保持固态。导热胶粘剂固化后即可粘合，以牺牲可返工性为代价换取结构牢固性，而这正是非固化润滑脂所缺乏的。.

决定性因素是接合处的结构，而不是“最佳”材料的排名。在稳定的夹紧载荷下，较小的平面间隙适合使用润滑脂。较大的或不规则的间隙则适合使用间隙填充剂或其他材料。 间隙垫. 对于需要承受载荷的接合处，粘合剂是更佳选择。选择粘合剂时，需要考虑间隙、平整度、装配应力以及接合处是否需要重新开启等因素。.

导热硅脂在电池和电力电子设备冷却中的应用

在电池组内部，润滑脂涂抹在紧密的机械加工接头处，而较大的模块间隙通常需要其他材料。热通路从电芯延伸到冷却结构，界面材料的作用是保持该通路的连续性。诸如IGBT或逆变器模块之类的功率器件通过螺栓固定在机械加工的接头上。 液冷板 在平整的夹紧表面上。薄薄的一层润滑脂膜非常适合用来降低底板之间的阻力。.

模块与冷板的接口通常使用不同的材料，因为此处的间隙、平整度和组装方式与机加工底板不同。在表面不平整、公差较大或生产线高速送料的情况下，可固化的双组分间隙填充剂或软凝胶比薄层油脂更能有效地填充空间。具体选择哪种材料取决于电池组的几何形状和工艺，而非单一的默认值。因此，电池热设计会根据连接点指定接口材料，这也是为什么油脂和间隙填充剂可以同时存在于同一电池组中的原因。.

保持电池间温差较小（锂离子电池组通常建议低于 5°C），是界面选择至关重要的原因之一，因为温度不均会加速老化并缩短电池组寿命。选择不当或应用不当的界面首先会表现为热点，因此界面均匀性是需要考虑的重要因素。权衡每个连接点的润滑脂、垫片、凝胶和填料是界面均匀性设计的核心。 热界面材料 决定。.

可靠性极限：抽空、干燥和返工

将导热硅脂视为永久性涂层，电池组日后必将付出代价。在反复的热循环和电源循环作用下，导热界面会通过两种已知的机制发生劣化，这两种机制都会导致热阻升高，从而随着时间的推移增加结温。.

挤出现象源于两个配合部件之间热膨胀系数的不匹配。随着接合处加热和冷却，表面会发生轻微的翘曲和弯曲，这种反复的挤压和释放会将润滑脂从中心向外推，导致热密度最高处的油膜变薄。挤出现象发生的速度与热膨胀系数不匹配程度、温度波动、夹紧压力、粘合层厚度和配方等因素密切相关，因此，频繁循环的组件比轻度受力的组件更容易出现挤出现象。.

干涸是指填料中载体的缓慢流失。在高温下，油分会分离、渗出或挥发，留下更干燥、电阻更大的填料层，其空隙进一步隔绝了接头。由于干涸速率取决于工作温度、停留时间、机械载荷和配方，因此加速烘烤和热循环测试比任何单一的导热系数数值都更能说明问题。对于预期使用寿命长达数年的组件而言，界面材料的性能应该以其使用寿命表现为准，而不是以初始导热系数为准。.

结论

导热硅脂是一种薄薄的、不固化的涂层，其作用是在平整的夹紧接头处，用更好的导电材料取代绝缘的空气。这样理解，选择就变得简单了。导热硅脂适用于薄的、可加工的、可返工的接口，例如冷板上的电源模块；当间隙较大或变化不定时，则应使用间隙填充剂或垫片；当接头还需要粘合时，则应使用粘合剂。最常被误解的是其持久性，因为泵出和干燥会使任何硅脂的使用寿命都有限，而其使用寿命的验证应该通过热循环来证明，而不是仅仅依靠其初始导热性能。.

Trumonytechs公司开发用于电池冷却液路径的导热硅脂以及间隙填充物、垫片和液体冷板，包括 定制导热硅脂 针对特定的粘合线和绝缘要求。.

常见问题

延伸阅读

• ASTM D5470，导热电绝缘材料热传递性能的标准试验方法 — 标准（ASTM）。定义了润滑脂导热系数和热阻值的稳态测定方法；可用于对导热界面材料（TIM）的数据表进行同类比较。.
• 美国能源部替代燃料数据中心：电动汽车电池 — 美国能源部。电动汽车电池化学背景以及温度控制的重要性，为接口选择的电池组级框架提供支持。.
• CAPLINQ导热硅脂技术概述 — 制造商技术参考资料。通过产品级粘合线和可靠性测试数据，证实了上述载体和填料的组成以及导热系数范围。.

相关文章

• 什么是相变材料？ — 解释了相变材料如何吸收和释放热量，从而在电动汽车和储能包中保持稳定的温度。.
• 两相冷却技术综合指南 — 介绍了热管、热虹吸管和蒸汽室如何通过液-汽相变传递热量。.
• 什么是散热器挤压成型？ — 详细介绍如何将挤压铝型材制成用于空气冷却的翅片式散热器。.
• 多久更换一次导热膏？ — 解释了为什么导热膏会随着时间的推移而劣化，以及重新涂抹导热膏可以恢复导热性能的原因。.
• 逐步安装液冷板 — 展示了如何安装液体冷板以实现稳定的接触、流动和可重复的温度。.