什么是电子产品热管理?电动汽车和 ADAS 是 TIM 需求增长最快的细分市场,到 2033 年市场规模将超过 70 亿美元
不使用电源的电子产品散热方法,称为被动散热解决方案;
主动散热解决方案使用电源(通常为电力)来提高对流流体的速度,或为热力学或热电装置供电。 入群请加15017756788(为防被踢进群请主动加此微信)
入群请加15017756788(为防被踢进群主动加群主微信)
被动散热通常是首选方法,因为其不消耗能量,没有活动部件,而且更具成本效益。不过,考虑到被动散热管理方案永远无法将设备温度降至环境温度以下,又或者被动系统不具备所需的热性能,因此,设计中还会包含主动系统。
下面是目前最常用的高效热管理方法,分为被动及主动解决方案。
被动热管理方法
热界面材料(TIM):组件之间及组件周围的材料,用于将这些组件与高温隔绝,也用于将热量从热源散出。在灌封和封装中,各种丙烯酸、环氧树脂、硅树脂和聚氨酯树脂涂层会完全封闭组件、装配体或整个设备。粘合剂、凝胶和润滑脂等组件之间的其它类型材料,可在元件之间提供高热导率。
关键性能指标
- 导热系数(λ)衡量材料本身的热传导能力,数值越大越好。常见范围从 0.4 W/(m·K)(普通硅脂)到 80 W/(m·K)(低熔点金属焊料)。
- 热阻(Rth)受材料厚度和导热系数共同决定,Rth = 厚度/λ。厚度越薄、λ 越高,热阻越低。
- 绝缘性对电气绝缘要求高的场合(如 CPU、GPU)倾向使用非金属基 TIM。
- 机械性能
- 耐温范围不同材料的工作温度上限差异显著,液态金属可达 200 °C 以上,硅脂一般 150 °C 以下。
- 可返工性维修或更换时是否易于去除,硅脂和垫片可返工,金属焊料不可返工。
主要应用领域
市场研究显示,电动汽车和 ADAS 是 TIM 需求增长最快的细分市场,预计到 2033 年全球 TIM 市场规模将超过 70 亿美元,年复合增长率约 9.2%。
全球与国内主要供应商
国外龙头:美国 3M、Honeywell、Arctic(Arctic Silver),日本日东电工(Nitto Denko),德国 Würth Elektronik。
国内企业:中石科技、阿莱德(高分子基 TIM),宜安科技、德邦科技(金属基 TIM),华润微电子、华为海思(自研高导热材料)。这些企业在中低端市场占据一定份额,部分已布局液态金属和相变材料等高端产品。
选型实战指南
- 确定散热需求:先计算目标热阻(Rth_target),再根据 Rth_target / 厚度 选取 λ≥对应值。
- 机械与电气兼容性:需绝缘或承受振动时,优先选用硅基或陶瓷填料的高分子基 TIM;对导热要求极高且可接受金属接触时,可考虑低熔点焊料或液态金属。
- 装配工艺匹配:大批量自动点胶适合粘度适中的导热膏;手工或贴片装配更适合预切垫片。
- 成本‑可靠性平衡:液态金属成本最高且对基材有腐蚀风险,适用于高端 GPU、服务器等;普通硅脂成本低、易获取,适合消费电子。
- 长期可靠性测试:进行热循环、湿热、机械冲击等加速老化测试,确保材料在实际使用寿命内保持导热性能。
发展趋势与前沿技术
- 高导热填料:石墨烯、碳纳米管阵列等新型填料正推动聚合物基 TIM 的导热系数突破 10 W/(m·K)。
- 液态金属封装技术:通过表面处理和封装工艺降低金属 TIM 的腐蚀与泄漏风险,已在高端显卡(如 RTX 50 系列)实现商用。
- 绿色环保材料:无溶剂、低 VOC(挥发性有机化合物)配方受到关注,符合绿色制造要求。
- 智能 TIM:嵌入温度传感器或相变材料,实现自适应热管理的概念正在实验室阶段探索。
热界面材料产品矩阵覆盖了不同类型设备 (从光模块、通信设备、数据中心服务器到功率电子模块) 的热管理需求。通过结合热导率、界面适应性、结构/绝缘/可靠性要求,Henkel 提供高度可定制化的解决方案,是数据中心 / 电信 /功率电子热管理领域的重要供应商。
导热粘接材料:导热胶、导热胶带、导热胶膜;
非粘接导热材料:SIL PAD弹性垫片、填隙材料、相变材料、导热脂
热扩散器(Heat Spreader):将热量从热点传导至较冷位置或另一个热管理解决方案的物体。半导体封装、PCB或电子产品外壳的几何结构和材料可将热能从热点散出。在封装和电路板层面使用球栅阵列、导线、过孔和接地层。在外壳中,来自电路板和电力电子产品的热可通过紧固件和楔锁直接传递至外壳或其它热管理器件。
自由对流:最常见且最具成本效益的散热机制是高温物体周围的空气自然对流。由于热空气会因浮力的作用而上升,热物体的热能会进入空气中,然后上升并离开部件,从而将较冷的空气吸入,取代热空气。空气是自由对流中最常见的流体,但在要求更严苛的应用中,会使用其它气体和液体。
散热器(Heat Sink):附着在热源上的一个物体将热量从源物体传递出去,然后通过对流传热的方式将其耗散在流体中。散热器设计可最大限度增大对流流体可吸收热量的表面积。散热器最常见于CPU、电力电子组件和激光器等热源上。
热导管:使用挥发性物质的相变从热源吸收热能的装置。能量可将液体转化为蒸汽,蒸汽沿着热导管到达另一端,在这里蒸汽会冷凝并返回热端重复循环。
红外辐射器:使用红外辐射将热量从平板上传递出去的大型金属平板。其包含热幅射器,用于无法将热量从系统中对流或传导出去的应用,通常应用于太空环境。
主动热管理方法
强制对流和强制风冷:使用风扇或鼓风机在组件或散热器上产生气流的供电装置。较高的气流速度可增强对流传热,从而可从物体中吸收更多热量。
散热方法选择
在了解内部配置和外部环境并通过热仿真对组件和系统进行建模后,团队就可以开始进行迭代、选择合适的散热方法,对许多不同的方案进行虚拟评估。入群请加15017756788(为防被踢进群请主动加此微信)
入群请加15017756788(为防被踢进群主动加群主微信)
【太米汽车TmSDV生态圈】已建:
主机厂、前瞻研发、产学研、电控、压缩机、水泵油泵、水阀、集成模块、商用车、厚膜加热、智能驾驶 、智能座舱 CAN总线 等近50+微信群】TMS digital video生态圈 TMSdv致力于搭建全球TMS和SDV研发平台太米TmSDV软件定义汽车软件定义汽车(Software-Defined Vehicle,简称 SDV)中国工程师的诺贝尔梦


【太米汽车TmSDV软件定义汽车SDV生态圈】(Software-Defined Vehicle,简称 SDV) 为 能实现 “车 - 家 - 机器人- 手机” 多设备互联,打造无缝的智能生活场景,(例如通过手机远程控制车内空调、预约充电,或在车内同步处理家庭智能设备指令。)而奋斗。最终,TmSDV电子商务平台可能类似于软件行业的亚马逊。财富热线15017756788(诚邀请投资人和优秀人才加盟这个平台)
