热界面材料又称为导热界面材料或者界面导热材料，是一种普遍用于IC封装和电子散热的材料［2］。热界面材料可以填补两个固体表面接触时产生的微孔隙以及表面凹凸不平产生的空洞，从而增加固体表面间的接触面积，由此提高电子器件的散热性能。热流通过界面的难易程度（界面热阻RTIM）是评价热界面材料最为关键的因素，可以由界面间温度差（ΔT）来计算，由满足傅立叶导热定律可得：
其中Q为热流密度。从公式可以看出，在热流密度一定的条件，界面热阻的大小与传热温差正相关。因此，发展热界面材料的目标就是为了降低界面热阻RTIM。界面接触总热阻定义为RTIM=Re+Rbulk+Rc（其中，Re为上端基板与TIM形成的界面热阻，Rc为下端基板与TIM形成的界面热阻，Rbulk为TIM本身热阻）。图5-1即为界面热阻的示意。
图5-1 界面热阻示意
理想的热界面材料应具有以下特性［2］：①高导热性，可以减少TIM本身的热阻；②高柔韧性，可以保证TIM在较低的安装压力条件下填充满两固体接触表面间的空隙；③绝缘性，避免电子器件短路；④安装简便并具可拆性；⑤适用性广，既能被用来填充小空隙，也能填充大缝隙。
热界面材料在电子工业中有着很长的应用历史，主要组成为基体材料和高导热填料。热界面材料的分类方法多种多样［2］。按导电类型可分为导电型和绝缘型。按成分又可分为有机、无机和金属型。按组成可分为单组分、双组分、多组分等。按照热界面材料的历史发展和特点可分为：导热胶（thermal conductive adhesives）、导热膏（thermal grease）、相变材料（phase change materials，PCMs）、导热带（thermal tapes）、弹性导热垫（elastomeric pads）、导热凝胶（thermal gel）以及金属钎焊料（metalic solders）等。表5-1列出了目前一些商业化的热界面材料及其特性。
表5-1 典型热界面材料及其特性［3，4］
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导热膏主要由高分子聚合物和填料组成，一般以硅油为基体，可以看作是固体颗粒在液体介质中的悬浮液。导热膏是应用最为广泛的热界面材料，其黏结线厚度小，附着压力较小，可拆性较好。但导热膏在热冲击条件下，有机组分易发生挥发和变性，使得TIM的热阻提高。
导热垫通过在接触表面建立导热路径来改善大间隙间的散热。导热垫一般在聚合物基体中添加高导热材料。填充材料范围很广泛，可以是陶瓷或氮化硼等，以改变热性能。同时导热垫便于清理，不会像导热膏一样具有“泵出”和“干涸”的情况而影响其热性能。导热垫具有比较好的柔性和弹性，便于吸收公差，因此可以比较好地覆盖在非常不平整的表面。
相变材料一般是填充导热材料的聚合物或者载体，其在特殊的温度条件下可以从固态转变成高黏度液态或半固态。相变材料融合了导热膏和导热垫的双重优点。在相变温度以下时，相变材料和导热垫类似，具有比较好的柔性和弹性，装配起来比较容易，而且不容易溢出。但相变材料在由液态转变成固态时容易产生残余热应力，从而影响导热性能。
导热凝胶的基体材料为聚合物，并且大部分是硅树脂。导热凝胶与导热膏相比，其长期稳定性更好一些，但容易污染电子器件，难以清理，而且多余的凝胶也容易流出。
钎焊料可以在比较低的温度下熔化，与金属连接时具有很大的黏合力，并且本身具有较低的热阻。比如，铟、锡-铅、锡-银-铜、锡-锑以及铟-锡合金等已被用于热界面材料。其主要问题是在焊料的回流时期内要抽真空，虽然大多数焊料的性能很好，但焊料使用的成本和复杂性比较高。
表5-2归纳整理了上述5种热界面材料的优缺点［2］。
表5-2 5种常用热界面材料的优缺点［2］
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