熱界面材料(Thermal Interface Material, TIM)是一種普遍用於IC封裝和電子散熱的材料,也是熱管理最關鍵的材料技術,TIM的作用為最大限度減少接觸面的界面熱阻,提升整體的熱傳效率。
在實際結構中,即使兩個看似平整的固體表面相互接觸,仍會因表面粗糙度而形成大量微小空隙,使接觸呈現「點接觸」狀態。這些空隙中多為空氣,而空氣的熱導率極低,幾乎可視為絕熱層,導致界面熱阻顯著上升。由於接觸熱阻難以透過理論精確計算,目前仍主要仰賴實驗量測來評估。TIM 的存在,正是用來填補這些微小空隙,取代空氣層,進而改善熱傳導路徑。
一般來說,TIM是在具有柔軟性的樹脂(binder)中填充高熱導率填料的產物,為提高TIM的熱導率,需要盡可能地增加具高熱導率填料的填充比例,但同時必須兼顧流動性、加工性與可靠性。
在考慮耐水性、毒性、成本等因素,目前廣泛使用的填料包含氧化鋁(Al₂O₃)、氮化鋁(AlN)、氮化硼(BN)以及碳纖維等材料。
不過,能同時兼顧電氣絕緣性與高熱導率的材料相對有限,因此填料的選擇需在電性、熱性與製程需求之間取得平衡。此外,作為TIM的填料,顆粒仍須保有一定的流動性,否則將影響塗佈與組裝品質。
目前市面上常見的TIM可分為多種類型,包括導熱膏、導熱接著劑、導熱膠泥(空隙填充)、相變材料(Phase Change Material, PCM)、焊料型 TIM(Solder TIM)、散熱(導熱)片,液態金屬TIM(鎵銦錫合金Galinstan)則搭載於PS 5或Acer Predator Helios系列上。
總之,TIM的選擇最終取決於實際應用需求,常見考量重點包括總體成本、性能及各種特性(如熱導率、硬度、黏著力、界面熱阻等),最重要的一點為組裝性,將影響貼附的容易度、剝離的容易度以及重工性。