如今，设计师们拥有种类繁多的散热材料可供选择，这反映了最佳设计实践的转变。这种转变正在用散热器的广泛应用取代电子元件的通风散热，并在发热元件和散热表面（例如金属机箱或机箱盖）之间建立精确的连接。这一变化体现了对小型化组件的普遍需求。元件密度的不断增加有效地减少了可用于冷却的空气量，并阻碍了空气循环。过去使用风扇强制风冷系统，而现在为了降低成本、功耗、尺寸和噪音，无风扇设计往往更受欢迎。此外，风扇通常是系统中可靠性最低的组件。.
空气是散热的敌人：
静止的空气被认为是散热的敌人。空气的导热系数仅为 0.024 W/mK，远低于铝的 250 W/mK，因此，散热器与元件界面处微小气穴中滞留的空气会严重阻碍热传递。传统的做法是在表面涂抹导热硅脂或相变材料来消除这些气穴。
为了满足现代散热管理需求，如今市面上涌现出更多具有更广泛性能的产品和材料，帮助工程师有效地消除机箱内的气隙。设计师目前面临的一大挑战是如何填充机箱内相对较大的气隙。这些气隙的尺寸通常在 1 毫米到 5 毫米之间。此外，当多个组件安装在同一散热器上时，气隙的尺寸可能不一致，并且因组件而异。机械装配公差的累积会进一步加剧这个问题。在这种情况下，所选用的填充材料必须能够补偿这些差异，从而与每个表面保持紧密接触，同时避免对组件外壳施加过大的压力。.
导热垫和导热凝胶是目前最常用的两种散热解决方案。导热垫是一种可压缩元件，其内部填充有硅橡胶粘合剂和导热颗粒，能够贴合主板的轮廓。导热凝胶是一种硫化硅胶材料，可以使用泵或点胶器进行涂抹。当元件表面与相邻冷表面之间的距离可能变化时，例如多个元件连接到同一个散热器时，导热凝胶是理想的选择。此外，由于导热凝胶对主板及其元件施加的压力较小且均匀，因此它也可以替代传统的导热硅脂或相变材料。.
填充焊盘：
能够在宽温度范围内工作的聚合物基粘合材料的进步对于填充焊盘的开发至关重要，因为它们解决了工程师目前面临的许多散热管理难题。常用的硅橡胶弹性体具有低压缩模量，使其能够以最小的压缩量贴合粘合表面的轮廓。这避免了对元件和焊点施加过大的压力。因此，低压缩模量和高导热性是填充焊盘的理想特性。诸如Chomerics公司的HCS10等新型材料表明，材料性能正朝着更柔软的方向发展，这在设计小型精密电子系统时显然非常有用。
该产品提供多种不同的热性能等级，热导率范围从低于 1 W/mK 到高于 6 W/mK。由于导热率通常取决于导电填料的种类和用量（例如陶瓷颗粒或金属化合物，如氧化铝、氧化锌或氮化硼），因此提高导热率通常可以通过增加压缩模量来实现。.
设计人员还可以选择不同的压缩模量值。其中，THERM-A-GAP™ HCS10 垫片和 THERM-A-GAP 580 垫片的柔顺性最佳。HCS10 垫片在 50 psi 的压力下可变形 73%，而 THERM-A-GAP 580 在相同条件下仅变形 30%。因此，一些填料既可以用于抑制振动，又能提供良好的柔顺性，从而实现热管理。.
填充垫通常有多种厚度可供选择。但是，设计人员必须记住，填充垫的导热系数远低于金属。填充垫并不能解决散热设计缺陷，因此工程师应尽量缩小缝隙，以便使用最薄的填充垫进行填充。.
导热垫可以整张订购，也可以按需切割成所需尺寸，或者以定制切割的垫片形式（可以是整张的，也可以是单个组件）订购。导热垫通常带有背衬，例如铝箔或玻璃纤维。导热垫表面通常具有一定的粘性，以固定位置并最大限度地降低接触电阻。为了与待导热材料建立永久接触，可以在导热垫表面预先涂覆压敏胶。对于航空航天、光电子设备和磁盘驱动器等对硅敏感的应用，我们提供低挥发性和无硅配方的导热垫。.
另一方面，
热凝胶可以以散装物料、药筒或注射器的形式供应。在正常情况下，无需冷藏即可储存，且凝胶不易变硬。
导热凝胶具有多项重要优势，包括无需储备各种形状和尺寸的填充垫，并确保垫片选择和放置的准确性。凝胶完全干燥后能保持形状，因此易于在生产环境中使用。它们可以使用自动点胶机在线涂覆，形状和用量均可高度重复。在某些情况下，圆形涂覆能最佳地覆盖粘合面，而蛇形、盒形或螺旋形则常用于覆盖集成电路封装（例如 QFN、LGA 或 BGA）的末端。单线凝胶无疑是将散热器固定到传统 DIL 封装的最佳选择。市面上
有多种导热凝胶可供选择，例如 Parker Chomerics 的 GEL30，它既适用于填充应用，也可直接替代导热硅脂。与导热硅脂相比，凝胶的交联结构保证了其低模量，并消除了诸如空隙和干燥等缺点。
GEL30 的导热系数为 3.5 W/mK。与某些填充垫相比，凝胶对元件施加的机械载荷要低得多。这一点尤为重要，因为最新的产品设计往往采用快速释放的卡扣式组件，其夹紧力永远无法与传统的螺钉式组件相媲美，而螺钉式组件不仅耗时更长，还会对界面材料施加更大的压缩力。
此外，还有能够保持元件与散热器之间电气隔离的凝胶可供选择。这些凝胶中含有直径为 0.25 毫米的玻璃微球，这些微球起到介电或压缩止动的作用，确保元件表面与散热器之间的间隙最小。这使得工程师在使用功率封装时能够充分利用凝胶的特性，因为在这些封装中，散热连接也同时提供了芯片的电气端接。
摘要：
作为精心设计的散热管理策略的一部分，导热垫和导热凝胶可以填充电子设备设计过程中无法消除的大部分空隙。这两种填充物均采用先进材料，在性能和易用性方面具有诸多优势。对于旨在最大限度提升新设计散热性能的工程师而言，它们都是非常有用的工具。
作者：
Riaz Ahmed，派克汉尼汾有限公司
欧洲Chomerics事业部
