在功率半导体模块应用中,通常都会采用导热硅脂将功率器件产生的热量传导到散热器上,再通过风冷或水冷的方式将热量散出。在实际应用中,许多热设计工程师更多地关注散热器的优化设计,而忽略了导热硅脂的正确使用。殊不知,正确地使用导热硅脂不但能提高功率模块的散热能力,还能提高产品的可靠性。
对于功率模块,选用哪种导热硅脂?采用哪种涂抹方式?要涂抹多厚?这些都是我们常见的问题。
1、导热硅脂在功率模块散热系统中的作用
在功率模块散热系统中,芯片是发热源,通过多层不同材料将热量通过冷却剂导出系统,其中每一层材料都有不同的导热率。功率模块基板及散热器多使用铜和铝等金属材料,铜的导热率约为390W/(m.K);铝的导热率约为200W/(m.K)。这些金属材料的导热率都非常高,表示其导热性能非常好,那为何还要在功率模块与散热器之间使用导热率只有1~6W/(m.K)的导热硅脂呢?
2、导热硅脂的厚度
导热硅脂的厚度直接影响模块基板到散热器的热阻。如下图,导热硅脂既不能太薄,也不能太厚,而是要控制在一定的范围内。如果涂得太薄,金属接触面处空隙中的空气无法被充分填充,散热能力会降低;如果涂得太厚,模块基板和散热器之间无法形成有效的接触,散热能力同样会降低。所以,要将导热硅脂的厚度控制在理想值附近的一个范围内,来实现功率模块到散热器最优的热传导性能。
3、导热硅脂的涂抹方式
在现有工艺条件下,导热硅脂的涂抹主要有三种方式:滚筒涂抹、丝网印刷和钢网印刷。
滚筒涂抹是最传统、也是最简易的涂抹方式,方法简单且成本低,适用于小批量生产。
丝网和钢网印刷则为均匀度和厚度可精准控制的涂抹方式,适合于大批量生产使用。丝网适用于硅脂厚度较薄的应用,而钢网适用于硅脂厚度较厚的应用。
