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隨著各種電子產品的推陳出新，除了整體產品輕、薄、短、小等基 本需求外，通常在高功能、高傳輸、高效率等條件操作下，各種晶片、元件（例如CPU等）皆需在正常操作溫度下，方可發揮其效能，然而元件在操作時會產生 熱，如不將廢熱移除，會使得元件溫度提高，效率降低進而損傷元件，因此整體產品或元件之散熱功率需求將愈來愈高。
將廢熱藉由熱傳導方式，從元件傳至散熱片(Heat Sink)， 再經由熱對流或熱輻射方式使熱散失，此方法可有效地降低元件溫度，然而，在熱經由電子元件表面傳導至散熱片時，電子元件及散熱片表面均非平 坦、光滑，使兩者間無法完全貼合而產生縫隙，空氣為熱的不良導體，介面間產生縫隙時會使熱傳效率大幅降低，因此需要熱介面材料來填補縫隙，以增進熱傳效 率。
熱介面材料廣義的定義為介於發熱源與散熱器材的中間介質，除了一般常見的介於晶片與散熱鰭片間的 TIM(Thermal Interface Materials)或PCM(Phase Change Materials)，還包含LED散熱基板的MCPCB(Metal Core PCB)中的介電絕緣導熱層。在電子產品之散熱途徑中，熱介面材料為散熱功率高低之關鍵材料。
熱介面材料發展現狀
一般高分子材料之熱傳導值皆落在0.2 W/mK左右，因此要提升材料的熱傳導值便需加入高導熱的陶瓷粉體、奈米碳管、奈米石墨片(Graphene)等。
使用奈米碳管做為高導熱粉體添加於樹脂中，始終未能得到令人滿意的熱傳導值提升效果，推究其因，第一為碳管的長徑比 (Aspect Ratio)不足，第二為碳管在表面處理或分散過程中，碳管缺陷增多，導致本身熱傳導值下降，但大部分原因在於碳管與樹脂間相容性差，兩者間介面熱阻過 大，聲子在傳熱時易被散射，整體材料熱傳導特性無法提升。美國Georgia Institute of Technology 便將CNT做表面處理，降低粉體與樹脂間介面熱阻，以提升熱介面材料之熱傳導值，主要先將多層的奈米碳管(MWCNT)經由微波(Microwave)或 紫外線及臭氧(UV/Ozone)方式處理，再與環氧樹脂(Epoxy)做成複合材料。
圖二、CNT-polymer組成物的製備過程，使用雙面PI膠帶做為轉移層
為了使奈米碳管與樹脂的介面相容性更好，而使用了微波(Microwave)或紫外線/臭氧(UV/Ozone)的 方式來處理碳管，其處理結果可先從水滴的接觸角(Contact Angles of Water Droplets)測試得知（表一），未處理前的奈米碳管水滴接觸角為156°，經由微波處理後水滴接觸角為72°， UV/Ozone處理過後則是無法測到水滴接觸角，此結果指出UV/Ozone比微波處理能更有效將碳管表面官能基化(Carboxyl or Hydroxyl Groups)。
在表二中整理了不同處理方法的熱導係數，其測量方法為非接觸式的雷射閃光法(Contact-free Laser Flash Method, LFA 447)。由此可知，經由微波處理後，碳管複合材料有較高的熱導係數(2.6 W/mK)，其主因是微波處理可純化碳管，且將部分碳管表面官能基化而使其與樹脂有較好的相容性；雖然經由UV/Ozone處理過的碳管有更多的官能基， 但也破壞了碳管的大部分表面而缺陷增多，使CNT本身熱傳導值大幅降低。
在一個熱介面材料中，熱導值除了決定於所填充之粒子與基材本身之熱導值，也決定填充粒子在基材中所占的體積比；除此之外，填充粒子的粒徑分布與在基材中的分散情形，對材料整體之熱導值也扮演著重要的角色。
而粒子在基材中的分布情形，假設當不同大小的顆粒自由落下時，每個粒子可到達離底部的最低位子（圖八），粉體粒徑對熱導值之影響如圖九所示。
在粒子體積分率為40%、45%、50%時，粒徑分布越大，所得到的熱導值也越高，但是在體積比為55%時， 卻不是 粒徑分布最大的有著最高的熱導值，這是因為一開始在粒徑分布增大時，粒子間的碰觸機會增加而增多了熱傳通路，因而熱傳時的阻值隨之降低，進而提高熱導值； 相對地，粒徑分布的增加，也伴隨著熱傳粉體之可接觸面積減少，以及在材料表面粒子填充數目的減少，這些不利因素使得在體積比為55% 時，熱導值並不會隨著粒徑分布的增大而增大。
圖九、粉體填充體積分率為50%時，粒徑分布對於熱傳導值的影響
熱介面材料市場趨勢
由於矽氧烷類較一般有機樹脂有較好的耐溫性及抗化性，而導熱粉體仍是以氧化鋁成本最低，所以目前市場上構成熱介面材料主要還是以矽氧烷類及氧化鋁為大宗。
市面上熱介面材料大致可分為有一定形狀之固體狀（如Pad）、無定形液體狀（如Grease）兩類，固體狀主要應用 於如LCD TV民生用品上，價格是最主要競爭方向，材料本身之熱傳導值、低硬度、耐燃性或絕緣性等機能，也是主要之附加價值；液體狀熱介面材料則朝可薄膜塗佈化、低 黏度化及不油膩沾黏等特性發展。目前市場動向、需求發展如表七至表九所示……以上內容為重點摘錄，如欲詳細全文請見原文
作者：林振隆/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌283期」，更多資料請見：http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=8684
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