搞散热的尽头是卖硅脂？
文摘
2024-11-09 13:34
中国
公元2024年11月6号，一个不凉不热的秋日，于深圳国际会展中心-热管理材料与技术大会（7号场馆），偶遇浙大高分子材料系校友、校足球队队友韩四火（燚），是为记。![]()
四火的专业是高分子，那会在学校的时候，也正是名噪一时的郑强教授的研究领域。然而，高分子在我的记忆中，只是四火在足球场上那潇洒优雅的身影，从未联想过日后在专业上会有什么关联~
命运的齿轮如斯转动，2024年10月22日，公众号新关注列表出现一个名字：韩四火。当时脑海里如电光火石浮现，难道是我认识的那个他？
一周后我回到国内，准备参加深圳这个大会，如前文所预告的，关注的无非是散热领域内的新技术、新材料、新方法，内心里更期望的是与新朋故知的相遇和重逢。干饭之后听的第一个报告是华南理工的张正国教授的储热相变材料。将化学储热材料应用到电池热管理（含热失控）中，是一种有前途的研究方向；在之前《相变何为》的文章中，我们提到过伯明翰大学李永亮老师的方向，也是将可逆化学相变应用于电池加热。在会场与张教授进行了简单交流，对伯大的这一可逆化学相变还言之未深。
张教授的研究生弟子林绍，也是我们公众号的忠实读者~在会场相遇，也是赴线下之约，快哉。看到这里，已经可以发现材料、化学与传热的不解之缘，后面遇到四火似乎也就顺理成章。在离开相变材料会议室准备转场去听其他报告的中途，我的视线被牢牢地牵在了一个陌生有熟悉的身影——高烯科技展位上的一位工作人员。
这家公司是做基于石墨烯的散热方案。基于浙大高分子实验室多年的科研成果转化，自主掌握大规模量产的核心科技。诚然，石墨烯作为导热界面材料，在面内面外都能呈现极为优秀的导热性能。而其固有印象——价格高昂，是横亘在其商用之路上的阻碍。据四火的介绍，大家最为关心的成本问题，并没有想象的那么难搞定。抛开成本因素，采用石墨烯界面材料的性价比究竟如何呢？要回答这个问题，不可不先弄清楚界面热阻的影响机理。我们常常戏谑说，“干散热的尽头是卖导热硅脂”，这其实是在说，在很多散热场景中，界面热阻的重要性超越了所有其他环节如对流换热、结壳热阻等。导热硅脂等材料，主要是减小热量垂直穿越界面的热阻，在平行于界面的方向上导热可忽略。这在热仿真中，可以用热厚近似模型(Thermally thick)来进行无网格计算。
而石墨烯作为导热界面材料，由于其面内的导热系数高达1000多，其切向方向上的热传导不可忽略，在热仿真中，应将其简化为热薄近似(Thermally thin)或者通用模型(General)。导热界面材料对于电力电子器件的散热重要性，不仅仅体现在减小垂直方向的界面热阻，也同样会影响到器件结壳热阻本身。值得注意的是，许多从业者有一个常见的误解，认为器件结壳热阻是固有属性，不会随着器件外部条件而变化，例如某教材（传热学_电力电子器件热管理YounesShabany著）第六章《微电子封装的热特性》93页里说的：
根据HITACHI手册里的例子，减小界面热阻之后，器件内部的热扩散会被抑制，从而导致结壳热阻会变大！
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5SYA2093_Thermal design and temperature ratings of IGBT modules_HITACHI2，影响器件内部热扩散，如IGBT与二极管的热耦合。
具体石墨烯的各向异性导热性能，是如何影响热扩散和结壳热阻，我后面会专门量化热仿真看看。至少可以说，散热的尽头不一定是导热硅脂，但界面材料确实大有可为，包括在基础认知上也并非无事可做。
