负责人:褚雯霄

所在学院：能动学院

一、项目简介

随着电子封装技术和芯片集成技术的高速发展，电子设备的尺寸越来越小，功率部件单位时间、单位面积或单位体积的热流呈指数上升。基于保证电子元器件的运行效率、可靠度、稳定性和使用寿命的需求，半导体封装的热管理技术至关重要，已逐渐成为限制电子产业发展的瓶颈。

在芯片的散热设计中，热源和散热器接触界面存在空气间隙，其实际接触面积约只有散热器底座面积的10%。因为空气导热系数仅0.025 W/(m·K)，导致电子元件与散热器间的存在较大接触热阻，如图1所示。热界面材料的应用可有效填充热源和散热器表面的间隙，将空气排出，在电子元件和散热器间建立有效的热传导通道，大幅度降低界面接触热阻，使散热器的作用得到充分地发挥。

如表1所示，传统的热界面材料，包括导热胶、导热硅脂、导热凝胶、导热垫和有机相变导热材料等，大多不超过6 W/(m·K)，都存在传热性能较差的缺陷。新型的热界面材料包括石墨片、液态金属（常温液态）等。石墨片导热系数高，常用做均温板，但其脆性大，且与热源表面贴合度不高；液态金属（常温液态）现阶段主要用于替代导热硅脂，降低热源核心温度，但其存在涂抹困难、容易溢出等缺陷，易造成短路风险。这些材料无法满足电子元器件热流密度的增大和非平直表面这两方面的发展需求。

本项目拟开发的高导热相变界面材料兼具导热膏和液态金属的优点，室温时为膏状非牛顿流体，可以涂抹于散热片或者功率器件上，导热系数达到12W/(m·K)以上，有利于热源热量的传播和扩散，防止其温度急剧上升，有效缓解器件工作温度，延长使用寿命；此外，该界面材料还具有弹性特征，达到机械冲击、振动等的缓冲效果。

二、产品性能优势

基于液态金属开发热界面材料存在的润湿性差、易泄露等主要问题，本项目通过配方改性和成型工艺优化，以提高材料的导热性能、防泄露能力、柔性特征。在配方组成上，使用铟基液态金属对熔点温度进行调控，基于铋、铟、锡、镓等金属共熔特性，分析原子晶格共熔相点配比影响机制，获得可控熔点温度的液态金属配方；其次，调配金属氧化物纳米粒子，使其填充于原子间隙，从而破环液态金属原子价键关系，使其在高于熔点温度时，宏观具有非牛顿流体的膏状特性，低于熔点温度时具有固体特征；同时，使用添加剂配方（如聚丙烯酸酯、乙酸乙酯等）增强低熔点合金熔融后的塑形能力与吸附力。

表1热界面材料的特性

三、市场前景及应用

目前，我国高端的热界面材料主要依赖从日本、韩国、欧美等发达国家进口，国产化电子材料占比非常低，极大阻碍了我国的电子信息产业发展，限制了终端企业的创新活力，尤其在空天、水下等环境装备领域的应用极为受限。2018年开始，中美贸易摩擦升级导致了“中兴芯片制裁”事件和“华为制裁”事件，一系列事件也倒逼中国企业关注热界面材料领域。2016年国家科技部启动“战略性先进电子材料”专项，布局了“高功率密度电子器件热管理材料与应用”方向，其中包括“用于高功率密度热管理的高性能热界面材料”；2020年10月的第十九届五中全会通过“十四五”规划和2035年远景目标，明确支持热界面材料等新材料行业发展。

根据Credence Research数据显示2015年全球热界面材料市场规模7.74亿美元，预计2022年将提升至17.11亿美元，2015至2022年复合年平均增长率达到12%。根据BBC Reseaech数据，流动态的导热膏是当前市场份额最大的热界面材料，2015年该材料的市场规模达到2.7亿美元。安信证券研究中心对热界面材料下游市场的需求调研显示，热界面材料的下游应用十分广泛，主要包括通讯基站、电子设备、新能源汽车和家用电器等领域。同时，工业和信息化部数据显示，2016年全球导热界面材料市场规模最大的国家是中国，占比45%，2020年占比提升至53%，市场规模约38亿元。

四、技术成熟度

□概念验证 □原理样机 √工程样机 □中试 □产业化

五、合作方式

□联合研发 □技术入股 □转让 □授权（许可） √面议

附图

图1常见界面材料

图2界面导热过程示意图