随着电子设备所使用半导体封装的高集成化，必须采取措施防止热量产生。作为热量控制的手段，一般是向热扩散器、散热片等散热构件传递热量，而为了将半导体芯片产生的热量有效传送，“TIM（Thermal Interface Material）”必不可少。
使用/选择TIM时，需要具备有关热特性的基础知识。在此对热传导率和热阻抗进行解说后，介绍TIM的类型和操作性。
TIM的特点
在减少电子部件产生的热量时，一般采取将热量传导到热扩散器、散热片、外装框体等散热材料来进行散热的手段。TIM封装在作为发热部的半导体芯片与散热材料之间。
TIM的使用目的
如果发热体与散热构件直接接触，即使在宏观层面上看似接触，但在微观层面上表面有细微的凹凸，所以界面会存在气隙。由于气隙的热传导率非常低，因此来自发热体的热量会避开气隙传导，从而导致散热效率低下。为了解决这个问题，需要使用TIM来填充气隙，从而有效传热。
TIM的选择需要考虑发热体和散热构件的材质和表面形状等，不仅要着眼于与热传导相关的特性，还要注意柔软性和操作性等。
热传导率和热阻抗
选择TIM时首先要注意的是与传热相关的热特性，理解热传导率和热阻抗至关重要。
热传导率
热量只能通过传导、对流和辐射从高温处传导到低温处，不会反向传导（热力学第二定律）。移动构件的热能可以通过傅立叶方程计算。
热传导率是表示传热难易度的数值，是物质固有的值。材料的热传导率越高，传热速度就越快，因此冷却效果很高。
热阻抗
除了热传导率以外，热阻是表示材料热特性的一个指标。热阻通过以下计算公式得出。
当热传导率恒定时，热阻取决于材料的厚度和个体相互接触的传热面积。
但是，如果构件表面有细微的凹凸面，并且有形成气隙的接触界面，那么构件之间的接触面就会产生对于热流的阻力。有必要考虑构件自身的热阻和构件之间接触界面产生的热阻之和，也就是总阻抗（热阻抗）。
热阻抗是对于从高温部表面流向低温部表面的热流的总热阻。因此，热阻抗θ通过以下计算公司进行计算。
选择TIM需要热分析和评估
为了降低接触界面的热阻，TIM必须在厚度方向上具有高热传导率，同时具备填充气隙的柔软性。
TIM的规格参数中记载了热传导率。但是，由于热传导率是物质固有的值，因此在实际的热设计中需要考虑包括接触界面热阻在内的热阻抗。
热传导率不能转换为热阻抗。另外，热阻抗会根据界面上细微的凹凸状态而变化。实机评估和模拟对于使用TIM的热量控制是必不可少的。
TIM的类型和操作性
在量产中，为了使用TIM降低热阻抗，不仅需要热传导性能，还需要极力抑制封装TIM时的偏差，填充接合面的凹凸。为此，封装TIM时的操作性也很重要。在此介绍TIM的类型和操作性。
TIM的类型
TIM的类型如下表所示，需要根据使用情况区分使用。
| TIM的类型 | 特点 |
|---|---|
| 导热硅脂 |
|
| 热传导片材（填隙料） |
|
| 导热凝胶 |
|
| PCM (Phase-Change Materials) |
|
| 导热胶带 |
|
| 高导热胶水 |
|
| 焊锡 |
|
TIM的操作性
TIM根据产品类型具有不同的操作性。此外，如果由于封装TIM时的偏差导致气隙没有完全去除，则可能无法获得预期中与热传导率相应的热量控制效果。
例如，导热硅脂的优点是流动性高、薄膜化容易，但缺点是难以均匀涂布、操作性差。热传导片材适用于高度差较大的位置，重复使用性高，但由于硬度相对较高，如果压缩力不足，就无法获得热量控制效果。由此，TIM根据材料的不同，操作性也不同，从而对封装后的热量控制效果造成影响。
此外，TIM材料可能会发生因使用场所的热循环而泵出，或因连续使用而干涸的情况，因此在使用前必须进行包含操作性的评估。
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