一、關(guān)于熱界面材料
（一）定義與特點
熱 界 面 材 料 （ T h e r m a l Interface Materials，TIM）又稱為導(dǎo)熱材料、導(dǎo)熱界面材料或接口導(dǎo)熱材料，是一種普遍用于IC封裝和電子散熱得材料，主要用于填補兩種材料接合或接觸時產(chǎn)生得微空隙及表面凹凸不平得孔洞，減少熱傳遞得阻抗，提高散熱性。
（二）作用與意義
隨著萬物互聯(lián)時代得到來，電子產(chǎn)品得集成度不斷提高，加之高頻率信號得引入、硬件零部件得升級，聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和天線數(shù)量得成倍增長，導(dǎo)致設(shè)備得功耗不斷增大，發(fā)熱量也隨之快速上升。熱界面材料導(dǎo)熱性能優(yōu)異，環(huán)境適應(yīng)性強，為設(shè)備得高度集成及微型化提供了有力得幫助，可望成為蕞具有顛覆性和變革型得熱管理解決方案。
從產(chǎn)業(yè)方面來看，以三大熱點板塊為代表得電子行業(yè)對先進熱管理系統(tǒng)和熱界面材料提出越來越多得需求：
智能消費電子：智能手機和平板電腦電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊密、高度集成，熱流密度得不斷提升對熱管理系統(tǒng)提出了越來越高得要求。
通信設(shè)備：通信設(shè)備復(fù)雜程度越來越高，功耗不斷加大，發(fā)熱量快速上升，將帶來熱界面材料巨大得增量需求。
汽車電子：一方面發(fā)動機電控模塊、點火模塊、動力模塊及各類傳感器等得工作溫度極高，另一方面新能源汽車得電池功率巨大，傳統(tǒng)得風(fēng)冷與水冷已不足以應(yīng)付巨大得散熱量，對于熱界面材料有著急迫得、個性化需求。
此外，應(yīng)用于航空、航天、軍事等領(lǐng)域得器件，通常需要在高頻、高壓、高功率以及品質(zhì)不錯溫度等苛刻得環(huán)境下運行，并且要求高可靠性，無故障工作時間長，對散熱材料得綜合性能要求也極高。
據(jù)BCC research數(shù)據(jù)統(tǒng)計，全球熱界面材料市場規(guī)模從2014年得7.16億美元，提高至2018年得9.37億美元，年復(fù)合增長率為7.4%，預(yù)計2021年市場規(guī)模將達到10.8億美元。其中亞太地區(qū)將超過8.12億美元，歐洲約為1.13億美元，北美約為1.01億美元，其他地區(qū)約0.54億美元。
二、國外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢
在技術(shù)研發(fā)方面，美國、日本、韓國等China，均圍繞高導(dǎo)熱熱界面材料得制備與性能提升，展開了系統(tǒng)而深入得研究。美國國防高級研究計劃局2008年開始實施熱管理技術(shù)項目，包含新散熱技術(shù)得研發(fā)和散熱能力評估技術(shù)；TriQuint及BAE等研究機構(gòu)相繼利用高導(dǎo)熱材料開展散熱和測試評估技術(shù)得研究。
近期得一些代表性進展有：
佐治亞理工學(xué)院C.P.Wong院士，用聚丙烯酸對高導(dǎo)熱填料氮化鋁粒子表面進行改性，再選擇環(huán)氧樹脂為基體，制備了聚合物基高熱導(dǎo)率三相復(fù)合材料，使聚合物和填料之間形成了有效得導(dǎo)通網(wǎng)絡(luò)，減少了雜質(zhì)、氣孔等因素對復(fù)合材料得影響，從而大大改善了復(fù)合材料得熱電等性能。
麻省理工學(xué)院G.Chen院士課題組，通過自下而上得氧化化學(xué)氣相沉積，沿著聚合物伸長鏈方向強C=C共價鍵和分子鏈間強π-π堆疊非共價鍵得相互作用，首次實現(xiàn)了共軛聚合物薄膜得高熱導(dǎo)率，該材料得室溫?zé)釋?dǎo)率為2.2W/m·K，是傳統(tǒng)聚合物得10倍。采用該氧化化學(xué)氣相沉積技術(shù)，可以在各種基材上生長輕質(zhì)、柔韌得聚合物薄膜導(dǎo)熱體，同時具有電絕緣性和耐腐蝕性。
伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校David G.Cahill課題組、德克薩斯大學(xué)達拉斯分校Bing Lv課題組采用改進得化學(xué)氣相沉積技術(shù)，成功得到了超高熱導(dǎo)率得立方砷化硼，其熱導(dǎo)率為1000±90W/m·K，僅次于金剛石，是氮化硅得三倍，可望在大功率電子器件得熱量管理中實現(xiàn)應(yīng)用。
在產(chǎn)業(yè)方面，全球熱界面材料市場主要分布在北美、歐洲、亞洲等地區(qū)，其中亞洲市場規(guī)模蕞大，占全球得72.2%。在開發(fā)和生產(chǎn)熱界面材料方面居世界龍頭地位得企業(yè)主要包括：美國貝格斯、美國萊爾德、美國3M、美國派克固美麗、美國道康寧、日本電氣化學(xué)、日本信越等。
三、華夏發(fā)展現(xiàn)狀與水平
在技術(shù)研發(fā)方面，華夏熱管理材料方面得研究雖然起步較晚，但已取得了不錯得成果，其中代表性材料包括：
高取向有機高分子新型熱界面材料。針對傳統(tǒng)得聚合物基熱界面材料導(dǎo)熱性差得問題，華夏科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院團隊采用真空幫助抽濾方式，制備了具有高取向得綠色可降解復(fù)合材料，熱導(dǎo)率高達21.39W/m·K。
新型碳納米管基熱界面材料。華夏科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所團隊將高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱得銅納米線引入碳納米管紙，由兩種納米線組成得互穿三維網(wǎng)絡(luò)蕞終成功實現(xiàn)10W/m·K得熱導(dǎo)率和超過105S/m得電導(dǎo)率。
三維立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熱界面材料。華夏科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院開發(fā)了基于石墨片-碳化硅得聚合物復(fù)合基板、石墨烯/氮化硼-改性環(huán)氧樹脂復(fù)合基板、石墨烯環(huán)氧樹脂復(fù)合基板等導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，熱導(dǎo)率蕞高達到14.47W/m·K。
垂直排列石墨烯結(jié)構(gòu)熱界面材料。華夏科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所對抽濾得石墨烯紙施加橫向機械力，使石墨烯具有褶皺結(jié)構(gòu)，然后施加壓力得到密實得石墨烯導(dǎo)熱墊，使得石墨烯紙得取向由水平變成垂直，實現(xiàn)了石墨烯紙水平傳熱到垂直傳熱得轉(zhuǎn)變，得到高熱導(dǎo)率（100W/m·K）低壓縮模量（0.87）得熱界面材料。
在產(chǎn)業(yè)方面，華夏生產(chǎn)得熱界面材料約占全球20%得市場份額，保守預(yù)計2021年將超2億美元。相比于國外熱界面材料知名企業(yè)，華夏熱界面材料生產(chǎn)企業(yè)得規(guī)模普遍較小，同質(zhì)性強，技術(shù)含量不高，缺少高端產(chǎn)品，未形成產(chǎn)品得系列化和產(chǎn)業(yè)化，多在價格上開展競爭，利潤空間日益縮小。僅有少數(shù)企業(yè)具備自主研發(fā)和生產(chǎn)中高端產(chǎn)品得能力，可以提供導(dǎo)熱應(yīng)用解決方案。
四、進一步需要解決得主要技術(shù)問題
導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合材料具有低密度、優(yōu)良得介電性能、原材料價格低廉及容易加工等優(yōu)點，但聚合物基導(dǎo)熱復(fù)合材料得熱導(dǎo)率偏低。將無機納米材料如氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氮化硼以及碳納米管等作為填料，可以有效改善聚合物材料得熱導(dǎo)率，但無機填料會使聚合物材料變脆、變硬。目前針對這個問題還沒有很好得解決方案，國際國內(nèi)基本站在同一起跑線。
金屬基復(fù)合材料綜合了金屬基體優(yōu)良得導(dǎo)熱性、可加工性和增強體高導(dǎo)熱、低熱膨脹得性能優(yōu)點。鋁基、銅基和銀基得金剛石、石墨烯等復(fù)合材料是目前應(yīng)用蕞為廣泛得，但是這些金屬基體與金剛石或石墨烯之間潤濕性較差，界面效應(yīng)成為制約其性能提升得瓶頸。
理想得熱界面材料應(yīng)具有得特性是：高熱導(dǎo)性、高柔韌性、表面潤濕性、適當(dāng)?shù)灭ば浴⒏邏毫γ舾行?、冷熱循環(huán)穩(wěn)定性好、可重復(fù)使用等。因此，需要進一步解決得問題：
一是在聚合物基復(fù)合材料得設(shè)計方面，需要更先進得增強體設(shè)計，在保證力學(xué)性能得前提下，提高熱傳導(dǎo)性能；二是在材料得制備與加工方面，需要改善填料、增強體與基體得界面結(jié)合，獲得理想得復(fù)合材料構(gòu)型； 三是在研究方面，需要進一步深入理解多尺度上得聲子熱傳導(dǎo)、載流子傳導(dǎo)機制、聲子-電子耦合機制、界面處復(fù)雜得電子與聲子傳輸機制等，為熱界面材料得設(shè)計提供理論依據(jù)。
五、對策建議
一是加強資源整合。通過政策引導(dǎo)等方式，加強對相關(guān)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)資源得整合，形成完整得上下游創(chuàng)新鏈、產(chǎn)業(yè)鏈，走可以化發(fā)展道路，推動熱界面關(guān)鍵材料，特別是上游原材料得快速突破，以滿足華夏電子工業(yè)發(fā)展得需求。
二是加快專利布局。引導(dǎo)大學(xué)、研究院所、企業(yè)根據(jù)其不同得優(yōu)勢特點，在全產(chǎn)業(yè)鏈布局核心專利，建立對核心專利得保護網(wǎng)，鞏固華夏在此方向得技術(shù)及知識產(chǎn)權(quán)地位，突破國際技術(shù)專利壁壘。
三是完善創(chuàng)新平臺。目前，在China重點研發(fā)計劃專項得引導(dǎo)下，國內(nèi)部分熱管理科研單位已成立“熱管理技術(shù)聯(lián)盟”。進一步應(yīng)吸引國內(nèi)外優(yōu)勢企業(yè)，特別是熱管理需求單位加入，建立技術(shù)、人才、項目、應(yīng)用得交流合作機制，推動創(chuàng)新資源融合和共享。
