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导热硅脂在功率模块冷却系统中的作用

2023-10-20 10:30:41

  导热硅脂在功率模块冷却系统中的作用
  在功率模块的冷却系统中,芯片是热源,热量通过多层不同材料的冷却液导出系统,每层材料的导热系数不同。功率模块基板和散热器多采用铜、铝等金属材料,铜的导热系数约为390 W/(m·k)。铝的导热系数约为200W/(m.K)。这些金属材料的导热系数非常高,也就是说它们的导热性能非常好。那为什么功率模块和散热器之间要用导热系数只有1~6W/(m.K)的导热硅脂呢?
  原因是当两个金属表面接触时,理想状态是金属表面直接接触,达到完全的金属对金属接触,但现实中两个金属表面并没有直接接触,两个金属表面之间存在大量的间隙,如图所示。这些缝隙中充满了空气,但是空气的导热系数只有0.003W/(m.K)左右,导热系数很差。使用导热硅脂的目的是填充这些缝隙中的空气,保持现有的金属与金属的接触,从而达到系统的Z佳散热性能。
  02导热硅脂的厚度
  导热硅脂的厚度直接影响从模块基板到散热器的热阻。如下图所示,导热硅脂不能太稀也不能太稠,要控制在一定范围内。如果涂层太薄,金属接触面处的缝隙中的空气不能充分填充,散热能力会降低;如果涂层太厚,模块基板和散热器之间就没有有效的接触,散热能力也会降低。因此,导热硅脂的厚度应控制在理想值附近的范围内,以实现从功率模块到散热器的Z佳导热性。

导热硅脂厂家

  03导热硅脂涂抹方法
  在现有的工艺条件下,导热硅脂的涂抹方式主要有三种:辊涂、丝网印刷和钢丝网印刷。
  滚涂是Z传统、Z简单的涂布方式,工艺简单,成本低,适合小批量生产。
  丝网印刷和钢丝网印刷是均匀性和厚度可以控制的涂抹方法,适合大规模生产。钢丝网适用于硅脂厚度较薄的应用,钢丝网适用于硅脂厚度较厚的应用。
  导热硅脂的选择
  导热硅脂的选择需要考虑很多因素,如导热系数、粘度、介电强度、挥发物含量以及溢流和干燥特性等。
  导热硅脂的导热系数是一项重要指标。对于热设计,硅脂导热系数越高,功率模块散热越好。但是,并不是说导热系数越高越好。高导热硅脂使用大颗粒填料,会限制硅脂的Z小厚度。而且导热系数高的硅脂粘度比较大,不利于硅脂的扩散。
  导热硅脂的介电强度和导热系数正好相反,也主要受填料比例的影响。所以高导热硅脂的介电强度比较低,绝缘性比较差。如果应用于无铜背板模块,硅脂可能会进入硅胶,影响模块应用的绝缘性能。

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