液态金属热界面材料产业的发展现状

热界面材料是一种用于IC封装和电子散热的材料，主要用于填补两种材料接合或接触时产生的微空隙及表面凹凸不平的孔洞，减少传热接触热阻，提高器件散热性能。因为空气热导率只有0.0024 W/（m·K），是热的不良导体，会导致电子元件与散热器间的接触热阻非常大，严重阻碍了热量的传导，最终造成芯片工作温度过高。使用具有高导热性的热界面材料填充这些间隙，排除其中的空气，在电子元件和散热期间建立有效的热传导通道，可以大幅度地降低接触热阻，使散热器的作用得到充分发挥。近年来，随着IC晶片的发热量及热流量越来越高，如何有效降低晶片到基板或到散热装置的热阻十分关键。因此，热界面材料在电子散热方面所扮演的角色越来越重要。在特定产品的热管理设计程序的元件整合部分中，最关键的步骤就是选择最合适的热界面材料。

液态金属作为新型材料，在散热方面具有导热系数高，可以达到30 W/（m·K），是水导热系数的60倍，空气导热系数的12500倍，而且液态金属具有一定的流动性，能够充分浸润散热器和发热器件表面，大大降低接触热阻，使热量快速传递，保证电子元件在合适温度下，正常稳定的运行。液态金属也可以通过掺混其他材料的方法，制作出浸润性高、导热性好、黏度合适的热界面材料，为新型热界面材料的设计提供新的方法。目前，已有企业开发出系列液态金属热界面材料产品，如液态金属导热膏（以镓基液态金属为主，熔点约8℃）、液态金属导热片（以铋基合金为主，熔点约60℃），并将其推广应用到CPU、GPU、IGBT、LED等光电芯片的散热领域。图3.1为目前市场上液态金属热界面材料的代表性产品。

图3.1　液态金属热界面材料的代表性产品（云南中宣液态金属科技有限公司）

a为液态金属导热膏（熔点约8℃）；b为液态金属导热片（熔点约60℃）；c为系列化不同熔点液态金属导热片

液态金属热界面材料所涉及的产业包括以下几个方面：(https://www.xing528.com)

（1）液态金属原材料

液态金属具有非常广泛的应用，在制备热界面材料时，常用到的几种液态金属原材料包括：镓Ga、铟In、锡Sn、铋Bi、锌Zn、铝Al；其涉及的产业包括：①纯镓，纯镓的冶炼、提纯；②镓基合金，不同熔点镓基合金的制备；③铋基合金，不同熔点铋基合金的制备；④镓纳米颗粒，镓纳米颗粒的制备；⑤镓基合金纳米颗粒，镓基合金纳米颗粒的制备；⑥铋基合金纳米颗粒，铋基合金纳米颗粒的制备。

通过将液态金属纳米颗粒与乳胶体、聚合物、陶瓷颗粒、金属颗粒和碳颗粒等进行掺混可获得更多特性的纳米材料。这些材料可具有不同的浸润性、流动性、黏附性、导热特性、电学特性等，也可制备出不同形态的液态金属新材料。

（2）碳基材料

碳基材料是新型的碳基体复合材料。通过将液态金属与碳基材料进行包覆或者键接，可实现新的具有更好特性的材料，常用的碳基材料包括：石墨烯、金刚石、碳纳米管、石墨薄片、富勒烯等。其应用方向包括：增强材料、碳纤维、隔热绝缘材料、半导体、天线、芯片、电池等。通过将上述材料与液态金属材料之间的特性互补及增强可得到新型的具有优异特性的热界面材料，根据应用方向的不同，可以分为：液态金属导热膏（导热硅脂）、液态金属导热片、液态金属导热黏胶、液态金属相变片、液态金属导热凝胶、液态金属导热薄膜及液态金属焊料等。

新型热界面材料可用于高能量密度的界面，比如舰载激光炮、激光切割器，又或者在核电站里作为换热液体等。热界面材料的产业链分布十分广泛。产业链上游主要包括：结构稳定剂、防腐添加剂，如硅胶、氧化铝、稠化剂等；中游即热界面材料自身；下游包括医疗、通信、航天航空、IC封装、集成电路、激光、高功率LED、新能源、汽车等领域及方向。