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诚挚感谢 魏女士 张女士 W女士 杜女士 钱女士

 给予本文的专业意见

   今年国内外的材料厂商们围绕5G这个风口可谓动作频频！

最典型的就是汉高，春天刚上市了5G基站用的10瓦超高导热垫片TGP10000ULM；这还没过两个月就又给5G设备的热管理应用推出了一款 6W/m.K 的高导热凝胶: TLF6000HG！

如此算来，材料江湖里瞄准5G市场的同类产品就不下10个了！

不过别看现在导热凝胶应用言必称5G，其实一开始这类材料主要是给汽车电子厂商开发的。

就在十年前，导热垫片还是热管理界的“C位担当”。只不过这种材料的缺点和优点一样明显:

• 用前需要模切

• 应用场景受厚度制约

• 只能靠手操作，不适用自动化生产线

因此，当时大众汽车的某欧洲Tier 1大厂就向包括汉高在内的头部材料厂商们索要全新的解决方案。

于是就有了后来成为整个汽车电子产业标配的GF1500、GF2000等等爆款导热凝胶和填缝产品。

导热凝胶的点胶场景（Atlas Copco Industrial）

要说这类产品属于比较开脑洞的“创新菜”—— 

你不是嫌导热垫片用起来像贴膏药一样太麻烦吗，那干脆把用来做垫片的膏状半成品给你，哪里需要涂哪里，然后再盖上散热鳍它就变成了一块DIY形状的垫片。

如此一来，不光大幅降低热阻，还能适配各种形状的发热元件，而且通过自动化点胶可以提高生产效率。一举多得，多好！

因为是取代导热垫片嘛，所以人送外号“液态垫片”。

“液态垫片” 的使用场景（henkel.com）

虽然在汽车电子厂商们看来觉得这东西“真香”，但是当时的通信基站大厂普遍还是在沿用导热垫片的方案。

记得在2016年之前，拆开某大厂3G/4G基站的RRU，只能看到布满内壁的导热垫片，而导热凝胶则完全没有存在感。

这里面一个很重要的原因就是垫片的工艺太成熟了，用习惯了就懒得换；当然更主要的因素还是当时基站的功率本来就比较可控，再对电路和算法进行一些优化，用垫片做热量管理的确就完全够用了！

4G基站的RRU使用了导热垫片进行热管理

但是当时间来到2016年，正在为5G市场化做准备的通信技术巨头们突然发现，之前的热管理方案好像要hold不住5G设备的热量了！

虽然单位功耗（瓦/比特）有降低，但是考虑到快到飞起的网速，5G设备的整体功耗肯定会比4G大幅度提高！

以5G的AAU 64T64R 为例，它的最大功耗超过了 1200W！而同类型的4G设备还不到400W！（5G power whitepaper_Huawei）

而且，5G设备的工作温度并没有因为功率的数倍增加就放宽标准，几个大厂还是很一致的把温度上限都设定在了55℃。

形势比人强，面对汹涌的热量，通信厂商们终于学着汽车电子小伙伴的样子集体转向了导热凝胶。毕竟导热凝胶是真的香：

1）浸润性好，接触热阻超低，散热降温更给力。

2）应力超低，可变的厚度也更适配5G基站的紧凑结构。

3）哪里需要点哪里，各种异型位置都能搞定。

4）可以上自动化设备，生产效率高很多。

AAU散热片V齿温度云图以及芯片的温度

（5G_AAU基站散热技术研究与应用_陈烈强）

只不过如今不会有这么容易就自己送上门的生意。

那几个人见人爱的5G大客户经过一系列热仿真的量化计算，最终拍板决定——导热凝胶肯定会要，但是只要6～10W/m.K范围的高导热凝胶！

问题是，当时市面上绝大多数凝胶的导热率也就一两瓦，能做到三瓦以上的就属于“掌握核心科技”了。

突然要导热率在原来的基础上翻几番，材料厂商们就开始头痛了。

导热凝胶之所以能传导热量，全靠里面的导热填料，热量就是通过他们进行的传递。

然而事情不会那么简单，当导热填料增加，凝胶自身的黏稠度也会急剧升高。最直接的后果就是挤出率大幅降低！

但是如果一款导热凝胶太过粘稠，用设备都没办法顺畅的点胶，那它也就不能称为凝胶了！

因此，高导热固然重要，但是前提是必须保证相对高的挤出率！

矛盾的导热率与挤出率

如果拿某款在过去几年一直是“导热凝胶一哥”级别的产品对比着看一下，就能对这个问题有个比较直观的认识了：

导热凝胶一哥的导热率与挤出率

这款凝胶的导热率超过了3.0W/m.K，在市场上算是很高了；而挤出率是19～21g/min，大概就是下面这种感觉的粘稠度——

高粘稠度导热凝胶点胶场景

从动图展示的情况来看，设备点胶不成问题，但是胶体已经呈现出很笔挺的外立面，可以说基本接近工厂压缩气体能力的上限。

那么3.0W/m.K的导热凝胶已经是如此之高的黏稠度，如果导热率再翻一番做到6.0W/m.K，岂不是就完全没办法把胶体挤出来了？！

这种担心有一定道理。不过当看到汉高TLF6000HG的TDS数据，就让人比较放心了——导热率比“一哥”高了将近100%，然而挤出率却和“一哥”基本保持了一致水平！

导热凝胶一哥 vs 汉高TLF6000HG 

其实平心而论，这个成绩倒是也没什么大惊小怪的。毕竟出品人是汉高，参考之前的那篇《被5G逼出来的“超高导热”材料》 ，就会觉得有那么强的填料技术打底，做不出这个效果才奇怪吧！

在和几个不同应用领域的朋友聊过之后发现，没有哪个行业像5G基站这么在乎导热凝胶会不会垂流。

其实这也很好理解，AAU/RRU只要一上岗，就只能直挺挺的立在高处经受日晒风霜。

而导热凝胶在基站里面的状态就是脚不沾地的被侧壁夹住悬在空中。

呈竖直状态安装的RRU

由于凝胶没有粘接力，因此只能靠胶体与侧壁的附着力保持位置。

这种非结构粘接，但是又持续受到重力作用的状态让5G基站的工程师们非常担心！

因为导热凝胶就像图片中这个把自己撑在两面墙之间的小朋友，只要两侧的支撑稍有变化，她就必然出现向下的“垂流”。

而垂流一旦发生，最直接的影响就是局部热阻陡然增大，元器件产生的热量无法再通过导热凝胶传导出去。

以5G基站逆天的功率和发热量，可以想象后果会有多严重！

一般来说，通信厂商都会基于基站的工作温度进行1000小时，-50～+50℃的冷热冲击测试，在此过程中观察导热凝胶的垂流情况。

这项测试的结果肉眼可见。下面的图片就明确告诉我们，粉色的导热凝胶出现了明显的向下垂流以及开裂，未通过测试！

对照组样品垂流测试未通过（www.libertyplugins.com）

对于垂流的原因分析，要从导热凝胶与侧壁附着力的原理切入。

附着力来源于范德华力，由于导热凝胶具有浸润效果，与侧壁分子的距离小于10^(-8)米，因此分子间引力就能让导热凝胶吸附在侧壁。

因为影响附着力最直接的因素是界面的脏污和杂质，而在这个测试场景下，这些脏污和杂质就是有机硅材料长久以来的困扰——渗油（pump out）！

当温度剧烈变化加速了材料本身的老化，内部的小分子硅油就会脱离原有的结构，渗透到材料表面。这在微观层面就破坏了导热凝胶与侧壁牢牢吸附的基础！

而汉高的TLF6000HG表现非常稳定——1000小时高低温冲击测试结束后依然稳稳的立在原位，没有丝毫肉眼可见的位移！

垂流测试通过的模拟效果（www.libertyplugins.com）

表面上看，这个测试好像只是在考察导热凝胶与侧壁的附着力，其实它考验的是产品的长期可靠性！

通过这个很简单的项目就能看出厂商在产品研发、生产工艺和品质管控方面的功力究竟如何！

这就相当于水面上的一小块冰山其实源于水面下的庞大基础，所谓的厚积薄发与百年技术积淀就体现在此。

另外，听汉高的工程师私下炫耀，在他们的内部测试中为了增加难度，不仅把垂流测试的缝隙宽度从2mm增加到了3mm，还将侧立面的粗糙度从3.2um降低到了1.6um！

如果在这么极限的条件下还不出问题那就真的是牛X大了！

至于测试结果，据说已经在今天下午的直播中公布。那不如去扫码围观一下直播的回放，看看这次汉高又展示了什么拿手绝活！