導熱界面材料（Thermal Interface Materials，TIM）是用于填充電子元件（如CPU、GPU、MOSFET等）與散熱器之間微小空隙的復合材料。它們的主要功能是提高電子元件與散熱器之間的熱傳導效率，減少熱阻，從而提高電子元件的散熱效率。 TIM材料的主要成分是聚合物樹脂和導熱填料。聚合物樹脂主要是硅氧烷類聚合物，例如聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚甲基苯基硅氧烷（PMPS）等。導熱填料主要包括金屬氧化物、碳化物、氮化物等。這些材料通過物理或化學方法混合在一起，形成具有良好熱傳導性能的TIM材料。 有機硅TIM材料在工業(yè)、汽車和消費電子行業(yè)的電子元件散熱中得到了廣泛應用。然而，隨著應用場景的多元化，有機硅TIM材料的一個普遍風險也日漸突出，那就是有機硅油遷移問題，即揮發(fā)和滲油。有機硅油遷移的根本原因 TIM材料中的聚合物分子鏈段通過纏結形成網狀結構。材料中除了交聯(lián)的分子簇以外，還有一些沒有通過化學鍵鏈接在分子簇上的小分子。如果這些小分子的分子鏈足夠短，它們就不會與分子簇形成纏結，反而會在特定條件下會以液體形式從TIM材料的主體中溢出。而特別小的分子則會以氣態(tài)的方式從材料中揮發(fā)出來，并在電子元件的表面富集，這就是有機硅油的遷移。有機硅遷移物性能分析根據遷移能力，TIM材料中的聚合物部分大致可以分為可提取類、可揮發(fā)類、可溢出類、纏結類等4類。其中：?可提取類是指可以使用溶劑從TIM材料中溶解出來的游離的有機硅油的總量。即可提取類=可揮發(fā)類+可溢出類+纏結類。?可揮發(fā)類是指TIM材料中可揮發(fā)出來的低分子量有機硅油。?可溢出類是指可以從TIM材料主體中以液態(tài)形式滲出的中等分子量的有機硅油。?纏結類（殘留）是指保留在TIM材料中的高分子量的液態(tài)有機硅油。
可揮發(fā)類可以在很大程度上進行控制，以緩解遷移產生的影響，而可溢出類的界定和控制則更為復雜。這是因為，每一種遷移行為的驅動因素都各不相同?？梢绯鲱愑袡C硅油在遷移中，受污染的元件區(qū)域與TIM材料之間需要一條直接的遷移路徑。這種液相可溢出類硅油遷移是由表面張力梯度引起的毛細流動所驅動的。表面張力梯度則是由發(fā)熱元件與散熱器間的溫度梯度所致。擴散速度則受到遷移路徑的表面張力及擴散的聚合物粘度等因素控制。
有機硅遷移的潛在風險及改善措施1.氣相遷移 氣相遷移主要由分子量極低的環(huán)狀有機硅烷導致，它們是有機硅聚合物和低分子量低聚體的預聚體。通過表1可以看出，有機硅油揮發(fā)在眾多應用中都存在潛在風險，可以通過使用低揮發(fā)型有機硅樹脂、低揮發(fā)性的導熱粉體、控制好交聯(lián)劑比例等來緩解和控制。2.液相遷移 液相遷移或滲漏是由組件中的溫度梯度驅動所致。由于有機硅具有很高的擴散系數，一旦從TIM本體遷移到電子元件表面，將很容易在其周圍表面上擴散開。通過TIM的配方設計進行優(yōu)化，例如控制好交聯(lián)劑比例，提高交聯(lián)程度（高交聯(lián)度可能導致更高黏度/模量）等，可以在一定程度上減少有機硅的滲漏，但實際的效果在不同應用場景中會存在差異。這是因為滲透速度隨溫度梯度增加而增加，從而導致在不同應用場景中表現(xiàn)出極大差異。 由于有機硅油遷移可能會導致電子器件功能失效，可以考慮選用非硅體系的TIM材料作為傳熱媒介。但要注意：非硅體系的物理特性隨溫度變化更明顯，可能會在元件熱/功率循環(huán)中產生組裝應力并影響電子元件的穩(wěn)定性，因此需要慎重選擇。綜上所述，有機硅TIM材料在應用過程中需要特別注意有機硅油遷移問題，通過配方設計和優(yōu)化，可以有效緩解和控制遷移問題，提高TIM材料的性能和穩(wěn)定性。
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