导热垫片（Thermal Interface Material, TIM）是电子设备散热系统中不可或缺的组件，广泛应用于AI芯片、电源模块、汽车电子等领域，用于优化发热元件与散热器之间的热传递效率。

正确选择、使用和评估导热垫片，不仅能显著提升散热性能，还能延长设备寿命。然而，这一过程并非简单依赖单一指标（如导热系数W/(m·K)）即可完成，而是需要综合考虑材料特性、安装工艺和实际工况。

如何正确选择导热垫片？

选择导热垫片需要综合考虑应用场景、材料特性以及安装条件。以下是关键步骤和注意事项： 

1、明确应用需求

热传递需求：根据发热元件（如芯片、电源模块）的功率密度和散热器的设计，估算所需的热流密度。

间隙尺寸：测量发热元件与散热器之间的间隙范围，选择适合的垫片厚度（通常略厚于间隙以确保压缩后填满）。

机械应力限制：对于敏感元件（如薄型芯片），优先选择低硬度垫片，避免因过大压力导致形变或损坏。

2、材料特性选择

硬度：低硬度垫片能更好地贴合不平整表面，适合微小间隙或复杂接触面。高硬度材料则更适合需要结构支撑的场景。

低硬度垫片（如Shore OO 20-40）适合微小间隙或粗糙表面，但需平衡压缩形变与长期稳定性，避免过度压缩导致材料失效。

厚度：选择厚度时需预留压缩余量（通常为间隙的110%-130%），并考虑加工公差与装配误差。

填料类型：常见填料包括氧化铝（性价比高）、氮化硼（导热性优但成本高）、石墨（各向异性高导热）等，需根据导热需求、电气绝缘性及成本综合选择。

耐温性与长期稳定性：确保垫片能在工作温度范围（如-40°C至150°C）内保持性能，避免老化或渗油。

3、工艺与环境因素

表面粗糙度：若接触面粗糙度高，优先选择柔软、可变形的垫片。

安装压力：参考厂商提供的压缩率曲线，硅胶基垫片通常需压缩15%-30%，而高硬度复合材料可能仅需5%-15%。

环境条件：如湿度、化学腐蚀或振动，可能需要选择具有额外防护（如硅酮基耐候性）的垫片。

如何评估导热垫片的性能？

评估导热垫片的实际性能，不能仅依赖标称导热系数W/(m·K)，而应关注真实工况下的热界面阻抗和整体散热效果。以下是评估方法：

1、理论评估：热界面阻抗

实际热阻受接触压力、表面状态影响，需结合实验数据修正。

关键点：低W/(m·K)值的垫片若贴合良好，热阻可能低于高W/(m·K)但接触不良的垫片。

2、实验测试

温度差测试：在发热元件和散热器间安装垫片，测量两侧温差，结合功率，计算实际热阻；

红外热成像：观察温度分布，识别热点或气隙区域。

长期稳定性测试：模拟实际运行条件（如高温循环），评估垫片是否渗油、硬化或性能衰减。

3、为何W/(m·K)不足以衡量性能？

非均质性：导热垫片是高分子基体与填料的复合物，实际导热路径复杂，W/(m·K)仅为理想值。

界面效应：空气间隙、表面粗糙度和压力不足会导致界面热阻远超材料本身的热阻。

动态因素：热膨胀、老化等会随时间改变性能，而W/(m·K)是静态指标。

选择垫片时，参考厂商提供的“热阻 vs 压力”曲线，结合实际测试数据，而非仅看W/(m·K)。