导热垫片的硬度、厚度与压缩比对散热效果有何影响？

在材料科学的世界里，硬度是衡量材料抵抗外物压入能力的重要指标。对于导热垫片来说，我们通常使用邵氏硬度（Shore Hardness）来描述它的软硬程度 。邵氏硬度又可细分为邵氏 A 型、邵氏 C 型和邵氏 00 型等不同类型，其中邵氏 00 型常用于测量较为柔软的导热垫片，而邵氏 A 型则适用于相对较硬的垫片 。

导热垫片的硬度对其在散热过程中的表现有着至关重要的影响。当我们将导热垫片放置在发热元件与散热器之间时，垫片需要在一定的压力下发生变形，从而填充两者之间的微观间隙。硬度较低的导热垫片，就像一块柔软的海绵，在受到压力时能够轻松地改变形状，更好地贴合发热元件和散热器的表面，将那些原本充满空气的微小空隙填满，大大减少了接触热阻，让热量能够更加顺畅地传递。

例如，高柏科技的 TG – AD75 超软导热硅胶片，它的硬度仅为 Shore OO 25，这种超软的特性使得它在面对发热元件和散热器之间复杂的微观表面时，只需施加较轻的压力，就能完美地贴合上去，就像给发热元件和散热器之间搭建了一座畅通无阻的 “热传递桥梁”，显著降低了界面热阻，极大地提高了散热效率 。

然而，事物都有两面性。如果导热垫片的硬度过低，虽然它在贴合性上表现出色，但也会带来一些问题。比如，安装过程可能会变得困难重重，垫片就像一个过于柔软的面团，难以固定在正确的位置；它还容易在操作过程中受到损坏，就像脆弱的纸张一样，轻轻一戳就可能破洞；而且，它的抗穿刺能力也会很弱，如果遇到有锐利边缘的元件，就像豆腐遇到了刀子，很容易被刺穿，这不仅会影响散热效果，还可能导致短路等严重的安全问题。为了解决这些问题，一些厂商会采用玻璃纤维等材料作为增强载体，就像在柔软的面团中加入了一些坚韧的纤维，来提高垫片的机械强度。例如，Bergquist 的 Q – Pad 3 就采用了玻璃纤维增强层，它在保持良好导热性的同时，大大提高了物理完整性，让垫片在复杂的使用环境中也能稳定地发挥作用 。

导热垫片的硬度与它的导热特性之间存在着千丝万缕的联系，而这种联系的背后，是填料含量和分布状态在起着关键作用 。

为了提高导热垫片的导热系数，让它能够更高效地传递热量，我们通常会在聚合物基体中添加大量的导热填料，如氧化铝、氮化硼等。这些导热填料就像是一群勤劳的 “热量搬运工”，能够大大增强垫片的导热能力。然而，随着填料含量的增加，垫片的硬度也会随之上升，就像往柔软的面团里不断加入硬物，面团会变得越来越硬一样。这是因为过多的填料会使材料内部的结构变得更加紧密，分子间的相互作用力增强，从而导致硬度增加 。

因此，在导热垫片的配方设计中，就需要在导热性能和机械性能之间找到一个完美的平衡点。研究表明，当填料含量达到某个临界值时，这些导热填料会在聚合物基体中形成连续的导热网络，就像一条条四通八达的高速公路，热量可以在其中快速传递，从而显著提高导热系数。但与此同时，硬度也会大幅增加，这可能会对垫片的界面贴合性产生不利影响 。

不同的应用场景对导热垫片的硬度有着不同的需求。在一些表面不平整度较高的界面，比如一些老旧的电子设备内部，元件表面可能因为长期使用而变得凹凸不平，这时就需要较低硬度的垫片，它们能够像柔软的橡皮泥一样，充分适应这些不规则的表面，确保发热元件和散热器之间有良好的接触，让热量顺利传递。而在一些需要较高机械强度和安装稳定性的场合，比如汽车发动机的电子控制系统，由于发动机工作时会产生强烈的震动和冲击，就可能需要适度提高垫片的硬度，以保证垫片在恶劣的环境下不会轻易变形或损坏，能够持续稳定地工作 。

例如，Bergquist 的 Gap Pad HC1000 材料，它具有独特的 “凝胶状” 模量，硬度为 Shore 00 25，这种低模量特性使它就像一滩柔软而有韧性的凝胶，能够很好地适应不规则表面，大大提高了界面填充效果，在一些对界面贴合要求较高的场景中表现出色 。

在导热垫片的散热性能中，厚度与热阻之间存在着紧密的数学联系，这种联系就像一把精准的尺子，衡量着热量传递的难易程度 。根据热阻的定义公式：R=δ/(λ⋅A)（其中R表示热阻，单位为℃/W；δ为厚度，单位为m；λ为导热系数，单位为W/(m⋅K)；A为接触面积，单位为m²），在导热系数λ和接触面积A保持不变的情况下，热阻R与厚度δ成正比关系 。这就好比我们在一条固定宽度的道路上运送货物，道路的长度越长（相当于垫片厚度越大），货物运输所遇到的阻碍（相当于热阻）就越大，热量传递也就越困难；反之，道路长度越短（垫片厚度越小），货物运输就越顺畅，热阻越小，热量就能更快速地传递 。

从这个公式中，我们可以清晰地看到，理论上导热垫片越薄，热阻就越小，散热效果也就越好。例如，Bergquist 的一款玻璃纤维导热垫片，它的厚度仅为 0.178mm，热传导率为 0.9W/m・K，较薄的厚度使得它在热传递过程中遇到的阻力较小，能够有效地降低整体热阻，让热量快速通过，从而提高了散热效率 。

然而，在实际应用中，情况却并非如此简单。我们不能仅仅追求垫片的薄度，还需要充分考虑表面平整度和高度差异这两个重要因素 。当垫片的厚度不足以填充发热元件与散热器之间界面间最大的间隙时，就会像在一座桥梁上留下了几个缺口，导致部分区域接触不良，热量无法顺利通过，反而会增加整体热阻，就像给散热之路设置了障碍，降低了散热效果 。比如在一些显卡中，显存芯片和供电模块的高度可能不一致，如果使用的导热垫片厚度不合适，就无法很好地贴合这些元件，导致热量积聚，影响显卡的性能 。

导热垫片的厚度选择就像是为不同的脚定制合适的鞋子，必须充分考虑应用界面的表面特性和高度差异 。

对于表面平整度较差的界面，就像崎岖不平的山路，需要较厚的导热垫片来补偿不平整度 。这些较厚的垫片就像一层厚厚的缓冲垫，能够填平界面上的凹凸不平，确保发热元件和散热器之间有良好的接触，让热量能够顺利传递 。例如，在一些老旧的电子设备中，元件表面可能因为长期使用而变得粗糙、不平整，这时就需要选择厚度在 1.0 – 2.0mm 甚至更厚的导热垫片，以适应这种复杂的表面情况 。

而对于表面平整度较高的界面，如同平坦的高速公路，我们则可以选择较薄的垫片来降低热阻 。较薄的垫片能够在保证良好接触的前提下，减少热传递的阻碍，提高散热效率 。比如在一些高端的服务器中，其内部元件的表面经过精密加工，平整度很高，此时就可以选用厚度小于 0.5mm 的薄垫片，实现高效散热 。

不同厚度的导热垫片都有其适用的典型应用场景 ：

厚度小于 0.5mm 的垫片，适合用于表面平整度高、间隙小的界面，这些场景追求的是低热阻和高导热效率，就像短跑比赛追求的是速度，垫片需要尽可能减少热量传递的阻碍，让热量快速通过 。

厚度在 0.5 – 1.0mm 之间的垫片，常用于一般电子元件与散热器之间，它们需要在热阻与界面填充能力之间找到平衡，既要保证能够填充一定的间隙，又要尽量降低热阻，就像在平衡木上行走，需要保持稳定的同时，还要向前移动 。

厚度在 1.0 – 2.0mm 的垫片，适用于有中等高度差的元件界面，它们能够适应一定的高度不一致性，就像一个能适应不同地形的越野车，在不同高度的元件之间搭建起热传递的桥梁 。

厚度大于 2.0mm 的垫片，则主要用于高度差显著的多个元件，它们就像一座大型的立交桥，能够填充大间隙，覆盖不同高度的组件，确保各个元件的热量都能顺利传递 。

在存在多个高度不一致元件的场景中，比如 GPU 水冷安装或显卡导热垫更换时，导热垫片的厚度适应性就显得尤为重要 。Thermal Grizzly 的 Minus Pad High Compression 导热垫就是一个很好的例子，它具有动态调节能力，厚度可在 0.5mm 至 3.0mm 范围内自适应变化 。这种特性使它就像一个智能的变形金刚，能够同时适应不同高度的元件，确保各个接触点都能获得良好的热接触，让热量在不同高度的元件之间自由穿梭，有效提高了散热效果 。

压缩比，是指导热垫片在受压状态下厚度变化的比例，通常以百分比来表示 。它就像是一把衡量垫片变形能力的尺子，在散热过程中起着至关重要的作用 。

当我们将导热垫片放置在发热元件与散热器之间并施加压力时，压缩比高的材料就像一个充满气的气球，在压力下更容易被挤压变形，能够更充分地填充界面间那些形状不规则的空隙 。例如，芜湖市产业创新中心提到的石墨烯热界面材料，其压缩比大于 30%（50Psi），这种高压缩性使它能够像液体一样，轻松地流入界面间的微小缝隙中，有效适应表面的不规则性，大大提高了界面的填充效果 。

压缩比之所以对散热效果有着如此显著的影响，关键在于它能够直接影响实际接触面积 。在相同的压力下，压缩比越高的材料，与界面的实际接触面积就越大 。这就好比我们用一块柔软的面团去覆盖一个粗糙的表面，面团越容易变形（即压缩比越高），它与表面的贴合就越紧密，能够覆盖的面积也就越大 。对于导热垫片来说，更大的实际接触面积意味着能够提供更多的热流通道，让热量有更多的路径从发热元件传递到散热器，从而有效地降低了界面热阻，提高了散热效率 。

在一些表面不平整或有高度差异的应用场景中，高压缩比材料的优势就更加明显 。比如在一些老旧的电子设备中，元件表面可能因为长期使用而变得凹凸不平，或者在一些复杂的电子电路中，不同元件的高度存在差异，这时高压缩比的导热垫片就能够充分发挥其变形能力，像一个智能的填充物，完美地适应这些复杂的表面情况，确保发热元件和散热器之间有良好的热接触，让热量能够顺利传递 。Thermal Grizzly 的 Minus Pad High Compression 导热垫就是一个很好的例子，它的压缩形变率较传统产品提升了 45%，这种高压缩性使它能够像一个变形金刚一样，轻松地适应不规则表面，在复杂的散热环境中表现出色 。

在现代电子设备中，散热结构变得越来越复杂，经常会出现多个高度不一致的发热元件 。比如在显卡上，就集成了 GPU 芯片、显存和供电模块等多个不同高度的组件 。在这种情况下，高压缩比的导热垫就像是一个万能的适配器，能够通过不同的局部压缩率来适应这些高度差异，确保各个接触点都能获得良好的热接触 。

以 Thermal Grizzly 的 High Compression 导热垫为例，它就是专门为需要覆盖不同高度组件的场景而设计的 。当它被安装在显卡上时，面对 GPU 芯片、显存和供电模块的高度不一致，它能够根据各个组件的实际高度，在不同的区域产生不同程度的压缩变形 。在 GPU 芯片处，它可能会被压缩得更薄，以紧密贴合芯片表面；而在显存和供电模块处，它则会根据其高度进行适当的压缩，从而在整个显卡的散热界面上形成良好的热传递通道，让各个组件产生的热量都能快速传递出去，有效降低显卡的温度，提高其性能和稳定性 。

压缩比还与安装压力密切相关 。在一些安装空间有限或压力受限的应用中，高压缩比材料就像是一个小巧而灵活的精灵，能够在较低的压力下实现充分变形和界面填充 。例如，高柏科技的 TG – AD75 超软导热硅胶片，它仅需轻量的压力即可拥有完美的贴合效果 。这种特性在一些对压力敏感的元件或便携式设备中特别重要，因为这些设备通常无法承受过大的安装压力，而高压缩比的导热垫片能够在满足散热需求的同时，确保设备的安全性和稳定性 。在智能手机中，内部空间非常紧凑，元件也比较脆弱，使用高压缩比的导热垫片，就可以在较小的压力下实现良好的散热效果，避免因压力过大而损坏元件 。

在实际应用中，导热垫片的硬度、厚度与压缩比并非孤立存在，而是紧密相连、相互影响的，它们共同编织成一张决定导热垫片整体性能的大网 。

想象一下，我们把导热垫片看作是一座连接发热元件和散热器的桥梁，硬度就像是桥梁的坚固程度，厚度是桥梁的长度，压缩比则是桥梁在受到压力时的变形能力 。如果桥梁太硬（硬度过高），虽然它可能很坚固，但在面对不平整的地面（不平整的界面）时，就很难与地面紧密贴合，导致热量传递的 “道路” 不顺畅；如果桥梁太长（厚度过大），热量在传递过程中就需要花费更多的时间和能量，增加了热阻；而如果桥梁的变形能力太差（压缩比低），当遇到不同高度的地形（高度不一致的元件）时，就无法灵活适应，同样会影响热量的传递 。

因此，在设计和选择导热垫片时，我们必须将这三个参数协同考虑，进行多参数平衡设计 。这就好比烹饪一道美食，需要精确地控制各种调料的用量，才能调出最美味的口感 。我们要综合考虑应用场景、界面特性和散热要求等多方面因素，来优化这三个参数 。

在表面平整度高、追求低热阻的应用场景中，就像在一场追求速度的短跑比赛中，我们可以选择较低硬度、较小厚度和适中压缩比的垫片 。较低硬度的垫片能够轻松地贴合在平整的表面上，减少接触热阻；较小厚度则能缩短热量传递的路径，降低热阻；适中的压缩比既能保证垫片在受到压力时能够适当变形，又不会因为过度变形而影响稳定性 。比如在一些高端的服务器中，其内部元件表面经过精密加工，平整度很高，对散热效率要求也极高，这时就可以选用低硬度（如 Shore OO 20 – 30）、厚度小于 0.5mm 且压缩比在 20% – 30% 左右的导热垫片 。

而在表面不平整、有高度差异的应用场景中，就如同在崎岖的山路上行驶，我们则可能需要选择较低硬度、较大厚度和较高压缩比的垫片 。较低硬度的垫片能够像柔软的橡皮泥一样，充分适应不规则的表面；较大厚度可以填补表面的凹凸不平，确保良好的接触；较高的压缩比则能让垫片在不同高度的元件之间自由变形，实现全方位的贴合 。例如在一些老旧的电子设备或复杂的显卡散热结构中，就需要使用这种类型的导热垫片 。

为了确保导热垫片的性能能够满足实际需求，全面的测试是必不可少的 。这就像在一场重要的考试中，只有通过全面的考核，才能真正了解学生的学习情况 。我们不能仅仅依赖单一参数来评估导热垫片的性能，而要从多个角度进行测试 。比如，Thermal Grizzly 的两款新品 Minus Pad extreme 2 和 High Compression 均通过 AEC – Q200 级可靠性测试，这种严格的测试确保了产品在极端温度环境下的性能稳定性 。在测试过程中，我们会模拟各种实际使用场景，包括不同的温度、湿度、压力等条件，对导热垫片的硬度、厚度、压缩比以及导热系数、热阻等性能参数进行全面检测，以保证产品在各种复杂环境下都能稳定地发挥散热作用 。

不同的应用场景就像是不同的战场，对导热垫片的要求也各不相同 。下面，让我们一起来看看一些典型应用场景下，导热垫片的选型要点 。

高性能计算与服务器：在高性能计算与服务器领域，就像一场激烈的马拉松比赛，设备需要长时间高负荷运行，产生的热量巨大，对可靠性要求也极高 。因此，我们需要导热垫片具备强大的散热能力和稳定的性能 。高柏科技的 TG – AD75 超软导热硅胶片就是为这类场景量身定制的，它具有卓越的导热系数（7.5 W/m・K）和超软质地（Shore OO 25） 。超软的质地使其能够在轻量压力下完美贴合发热元件和散热器表面，减少接触热阻；高导热系数则能快速将热量传递出去，有效降低设备温度 。一般来说，在这种场景下，导热垫片的硬度要求为低 – 中等（Shore OO 20 – 40），厚度要求为薄 – 中等（0.5 – 2mm），压缩比要求为中等（20 – 30%），同时还需要具备高可靠性和长期稳定性，以保证设备在长时间运行过程中始终保持良好的性能 。

显卡与 GPU 散热：显卡与 GPU 在工作时，就像一个高速运转的发动机，会产生大量的热量，而且其内部组件高度不一致 。因此，对于显卡与 GPU 散热来说，导热垫片需要具备良好的适应性和高压缩比 。Thermal Grizzly 的 Minus Pad High Compression 导热垫就是专门为这种场景设计的，它具有极高的压缩性，能够像一个变形金刚一样，同时适应 GPU 核心、显存和供电模块的高度差异 。在硬度方面，通常要求较低（Shore OO 20 – 30），以便更好地贴合不规则表面；厚度要求为中等 – 厚（1 – 3mm），以填充不同组件之间的间隙；压缩比要求高（大于 30%），确保能够充分变形，实现良好的热接触 。

汽车电子：汽车电子所处的环境就像一个复杂的越野场地，既要面对高温、低温等极端温度条件，又要承受车辆行驶过程中的震动和冲击 。某汽车用 PTC 导热垫片采用特殊配方，解决了硅油纯度不高导致的耐温可靠性差、渗油率大等问题，满足了汽车 PTC 加热器高效热管理的需求 。在汽车电子领域，导热垫片的硬度要求一般为中等（Shore A 40 – 80），以保证在震动环境下的稳定性；厚度需要根据具体的接口定制，以适应不同的安装空间；压缩比要求为中等（20 – 30%）；此外，还特别注重在宽温域范围内的稳定性和低渗油率，以确保在各种恶劣环境下都能正常工作，保障汽车电子系统的可靠性 。

消费电子：消费电子市场就像一个繁华的商业街，产品种类繁多，对成本和性能的平衡要求很高 。在这个领域，石墨烯热界面材料因其高性能和高性价比的双重优势而备受青睐 。消费电子产品通常更注重成本效益和易于安装 。在硬度方面，要求为低 – 中等（Shore OO 30 – 50），既能保证一定的柔软性以贴合表面，又具有一定的强度便于安装；厚度要求为薄（0.5 – 1.5mm），以适应消费电子产品轻薄化的趋势；压缩比要求为中等（15 – 25%） 。同时，还需要材料易于加工和安装，以降低生产成本，满足大规模生产的需求 。

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[3] 买一片传三代！鑫谷 GPE-01 超导热石墨烯导热垫片.[20250725].https://www.163.com/dy/article/IM6Q41D605118844.html.

[4] 导热垫片 (提高发热电子组件的效率的材料)[EB/OL].[2025-07-25].https://baike.baidu.com/item/%E5%AF%BC%E7%83%AD%E5%A4%9A%E7%89%87/22375725.

[5] 革新散热技术：石墨烯导热垫片如何攻克高功率 AI 芯片散热难题 [EB/OL].(发布时间未知)[2025-07-25].https://www.sohu.com/a/694349460_121372158.

[6] 一文精解：根据不同应用领域挑选理想导热垫片.[2025-07-25].https://www.sohu.com/a/683663666_121372158.

[7] 暴力熊Thermal Grizzly新推两款导热垫：一款性能卓越，一款可压缩比出色.

[8] CN120484516A_一种汽车用PTC导热垫片及其制备方法.

[9] TG-AD75 超軟導熱矽膠片-高柏科技股份有限公司.