导热界面材料（Thermal InterfaceMaterials，TIM）亦称热界面材料，是一种广泛应用于集成电路封装和电子散热的材料。在系统结构中，两种异质材料的接触界面或结合界面会产生微空隙、界面表面会有凹凸不平的孔洞等缺陷，热界面材料可以填充这些空隙及孔洞，减小传热的接触热阻，使电子元件产生的热量能更快速地通过热界面材料传递到散热器，达到降低工作温度、延长使用寿命的重要作用。

根据在电子元器件中所处的位置，热界面材料可分为 TIM1 和 TIM2，其中TIM1 是芯片与封装外壳之间的热界面材料，因为与发热量极大的芯片直接接触，所以 TIM1 材料要求具有低热阻和高热导率，热膨胀系数也需与硅片相匹配，且对绝缘性要求较高。TIM2 是封装外壳与热沉之间的热界面材料。一般而言，TIM1的要求较 TIM2 要高，其一般是采用高导热性粉体填充于含硅或非硅聚合物液体或相变聚合物中，形成浆状、泥状、膏状或薄膜状的复合材料（如导热膏、导热胶、相变材料等）。

由于热界面材料使用场景要求，良好的热界面材料应具备以下基本特性：①高热传导性；②低热阻；③可压缩性及柔软性；④表面湿润性；⑤适当的黏性；⑥对扣合压力的敏感性要高；⑦使用方便；⑧可重复使用；⑨冷热循环的稳定性好等。

因此，基于上述特性要求，通常热界面材料由基材和填料组成，基材主要选用具有一定流动性的高分子聚合物，例如：硅油、聚烯烃、丙烯酸树脂，石蜡油等，用于保证 TIM 能尽可能遍及所有有空气缝隙的位置。填充物则选用无机粉末或金属粉末或石墨粉等各类高导热系数的材料，如：氧化锌、银、铝、铁、碳纳米管等，主要起到的是增加传热效率的作用。

当前热界面材料种类较多，不同类型的导热界面材料特征及应用场景各不相同。市场上常见热界面材料主要分为高分子基复合材料、金属基热界面材料及处于前沿探索阶段的新型热界面材料。高分子基复合材料包括导热硅脂、导热凝胶、导热胶、导热垫片及导热相变材料等；金属基热界面材料以低熔点焊料、液态金属材料等为代表；新型的热界面材料则以导热高分子、石墨烯和碳纳米管阵列等为代表。

目前主要的热界面材料包括导热垫片、导热硅脂、导热凝胶、导热相变材料、液态金属材料等。各热界面材料简要介绍及主要优劣势具体情况如下：

导热垫片又称导热硅胶片、导热硅胶垫、电绝缘导热片或软性散热垫等，通常是以硅橡胶为高分子聚合物基体，以高导热性的无机体颗粒为填料合成的片状热界面材料。导热垫片主要应用于填充发热元器件和散热片或金属底座之间的空隙，完成两者之间的热传递，同时起到减震、绝缘、密封等作用。

导热垫片能够满足设备小型化、超薄化的设计要求，是具有良好工艺性和使用性的新材料，被广泛应用于电子元器件中，目前在热界面材料市场上占有较大的份额。导热垫片主要劣势在于：随着时间的推移和温度的升高，发热元器件热量逐渐积累，导热垫片会发生蠕变、应力松弛等现象，导致机械强度降低，影响互连界面密封性。

导热硅脂又称导热膏，是一种传统的散热材 料 ， 界 面 热 阻 为 0.2 ～ 1.0K·cm2/W。导热膏呈液态或膏状，具有一定的流动性，在一定压强下可以在两个固体表面间形成一层很薄的膜，能极大地降低两个异质表面间的界面热阻。

导热膏对产生热量的电子元器件和电子装置提供了较好的导热效果，具有广泛的适应性，可用于微波通信、微波传输设备、微波专用电源等各种微波器件及晶体管、中央处理器、热敏电阻、温度传感器等。导热膏具有流动性，在应用的过程中容易溢出工作区域污染电子元器件，且不易清洁；在多次温度循环后基体材料容易出现分离，出现“溢油”现象，易随时间干涸等。

导热凝胶又称导热弹性胶，是一种凝胶状的导热材料，通常是在具有较好弹性或塑性的基体（如硅胶、石蜡）中添加具有高热导率的颗粒，并经过固化交联反应制造而成的。根据导热填料是否导电将导热凝胶分为两类：绝缘导热凝胶以及导电导热凝胶。

导热凝胶具有良好的弹性和变形性，在施加一定压力的情况下，能更紧密地与固体表面结合，更好地顺应固体表面的粗糙度而填充空隙，目前已应用于微型电子器件领域，并且逐渐成为了热界面材料的研究热点。导热凝胶的主要劣势在于：使用中需要固化步骤；此外由于导热凝胶的粘结性能比较弱，在使用过程中可能导致其出现分层现象，这会影响电子设备长期有效的散热。

导热相变材料利用固-液相变特性，通过填充物的改性来提高热传导特性，实现热管理功能。通常状态下为薄膜片状固态，在超过一定温度时会吸热熔融成为液态，可充分润湿热传递界面，加强传热，当温度下降后，恢复为固态。

导热相变材料由于其低成本，特有的储热性能以及灵活精准的控温功能而受到了热管理方面的较大关注。导热相变材料本身拥有非常好的热能转化能力但导热能力却有所缺乏，所以在实际应用中，通常在石蜡中加入高导热的填料制备复合导热相变材料以填补其短板，使其能够实现高效的热传导，通常采用的填料有氧化铝、氮化硼以及氮化锌等。

液态金属材料是一类在常温或略高温度下呈现液态的低熔点金属合金（如镓、铟、锡等），凭借其独特的物理化学性质，在高端散热领域具备一定应用场景。

液态金属凭借超高导热性和热稳定性，能够解决极端散热需求，尤其在高端电子、航空航天领域。然而，其导电风险、腐蚀性及成本问题系其主要劣势。随着封装技术成熟（如电磁泵驱动、纳米涂层防护），液态金属有望从高端市场下沉。

石墨烯是一种典型的二维材料，单层的石墨烯厚度仅为 0.335nm，由于其具有特殊的晶体结构与电子分布方式，因此具有十分出色的机械性能、极高的载流子迁移率、优异的导热性能以及透光率，在导热界面材料领域具有极大的潜力。导热性能方面，采用非接触共焦拉曼测试的单层悬空石墨烯的水平方向热导率高达 5,300W/m·K，明显高于金刚石和单壁碳纳米管。对于含缺陷和官能团的石墨烯粉体而言，随着制备方法的不同，其导热系数也会略有差别，导热率的分布范围为 800-3,500W/m·K，但也远高于铜、铝等金属以及氮化铝、碳化硅等陶瓷材料。但在垂直方向石墨烯热导率远低于水平方向热导率。目前，行业内能够量产制备垂直方向高导热系数的石墨烯导热材料并批量应用的热界面材料企业极少。

当前数据中心、消费电子、5G 通信、汽车电子、光通信和光伏等应用的核心部件都是高功率密度电子元器件，散热问题已成为限制其功率密度和可靠性提高的瓶颈，因此热界面材料的重要性日益凸显，如碳纳米管、石墨烯、金属纳米线等新型热界面材料也在快速发展，其热导率可超过 100W/m·K。未来随着电子设备性能的不断提升，热界面材料的应用范围和市场需求也将持续扩大。