陶瓷墊片在大功率電源產(chǎn)品中的應用
1、引言
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/181367.htm陶瓷墊片是一種高導熱性能的材料,主要由氧化鋁組成(氧化鋁含量高達96%以上),外觀呈純白色,質地堅硬,主要用于功率器件與散熱器之間的傳熱和電氣隔離。它與功率器件(如功率MOS管、功率三極管等)、鋁散熱器、PCB板緊密結合后,密封性能極佳,能達到防塵、防水、導熱、絕緣的理想效果,并能適應高溫、高壓、多塵的惡劣工作環(huán)境,提高設備運行的安全性和穩(wěn)定性。文中分析了陶瓷墊片的性能特點,并對它在電源產(chǎn)品應用中的安規(guī)、工藝、結構等設計進行了探討,最后給出了它在電子負載(模塊電源高溫老化專用負載)上的應用。
陶瓷墊片有以下特點:
⑴陶瓷墊片導熱系數(shù)(20℃)高達20 W/(m-K)~30W/(m-K),遠比普通導熱墊片的導熱系數(shù)高,因此在功率器件散熱要求非??量痰臈l件下得到了廣泛的應用。而目前導熱墊片的導熱系數(shù)大都在2.0 W/(m-K)以下,導熱系數(shù)較高的貝格斯Sil-Pad2000系列也只有3.5W/(m-K);
⑵耐高溫和高壓。陶瓷墊片的擊穿強度在10kV~12kV,允許使用的最高溫度達1600℃,能適應高溫、高壓、高磨損、強腐蝕的惡劣工作環(huán)境,滿足電源產(chǎn)品在各種場合的應用要求;
⑶使用壽命較長??梢詼p少設備的維修次數(shù),提高設備運行的安全性和穩(wěn)定性;
⑷符合歐盟ROHS環(huán)保標準。
3、散熱路徑
普通導熱墊片是由軟介質的材料組成,可以填充功率器件和散熱器表面之間的細小間隙,減小其接觸熱阻。而陶瓷墊片由質地堅硬的氧化鋁組成,表面有一定的粗糙度,如果直接裝配,功率器件與陶瓷墊片之間、散熱器與陶瓷墊片之間會存在很多間隙,嚴重影響散熱效率,使散熱器的性能大大打折扣,甚至無法發(fā)揮作用。因此,在采用陶瓷墊片做導熱材料時,還需要在其兩個表面涂加導熱硅脂,用于填充陶瓷墊片與散熱器、陶瓷墊片與功率器件之間的細小間隙,減小它們之間的接觸熱阻。
加裝陶瓷墊片后,功率器件到環(huán)境溫度的熱阻主要由導熱硅脂熱阻、陶瓷墊片熱阻、導熱硅脂熱阻、散熱器熱阻組成。其散熱路徑分為兩部分:
⑴功率器件(熱源)→導熱硅脂→陶瓷墊片→導熱硅脂→散熱器(熱傳遞以傳導為主);
⑵散熱器→環(huán)境空氣(熱傳遞以對流為主)。
圖1給出功率器件的熱阻模型及散熱路徑。影響功率器件的熱阻因素主要有陶瓷墊片的表面平整度、陶瓷墊片和導熱硅脂的厚度、散熱器的厚度及形狀、緊固件的壓力等,而這些因素又與實際應用條件有關,所以功率器件到散熱器之間的熱阻也將取決于實際裝配條件。
圖1 加裝陶瓷墊片后的功率器件熱阻模型
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