界面接触热阻是指具有接触传热关系的 2 个物体接触面间的传热热阻,也称为接触热
阻(thermal contact resistance, 简称 TCR)
[1]
。如 2 个固体 A 和 B 相互接触发生热传递时,微
观上接触表面是无法做到完全贴合和理想光滑的,假设通过两试件的热流密度为 q,在
A、B 内部温度成线性分布(斜率与材料导热系数相关),在接触面上会产生一个温度的突跃
ΔT
c
[1]
,如图 1 所示。接触热阻 R 定义为 2 个接触面的温差 ΔT
c
与通过 2 个试件的热流密度
q 之比,即:
图 1 界面接触热阻产生原理
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在电子设备热设计领域,温度上升过高对器件的寿命和可靠性都具有非常不利的影
响。当热流密度 q 一定时,温差 ΔT
c
与接触热阻 R 成正比,降低 R 即可降低芯片的温升。
在大功率及高热流密度传热应用工况下,接触热阻是造成电子设备温升过高的显著环节,
也愈来愈引起人们的重视
[2-4]
。
国内外接触热阻的研究主要集中在接触传热机理、强化传热途径、接触热阻的表征测
试方法等方面。如对接触传热机理的研究学者们提出了众多从一维到三维描述表面形貌的
模型和假设,用于计算、预测接触热阻和研究其作用机制,但目前还没有令人满意的理论
模型或可靠的经验公式可以预测各种状况下的接触热阻
[3-5]
。当前对固-固界面的强化传热方
法研究则主要集中在表面处理技术
[6]
和以纳米管纳米线、高定向热解石墨、石墨烯、金刚
石、纳米银、微米铜等新型热界面材料的制备和实验研究性能表征方面
[7]
。而实验表征测
试是工程上获取接触热阻的最主要途径,长期以来对材料界面接触传热性能的研究都是始
于实验测试,各种接触热阻理论研究模型和经验公式都是通过大量的实验研究来建立和验
证的
[3]
。但是,当前对于工程上普遍应用的热界面材料,生产厂家大多提供的也仅是采用
不同测试方法给出的材料导热系数,这对于接触热阻的工程实践并不具备较大的指导性。