导热硅脂在功率模块冷却系统中的作用

　　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。

　　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。