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,我们发现很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仅能提高功率模块的散热能力,而且还能提高其在使用过程中的可靠性。那么对于一个特定的功率模块,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。回答这些问题之前,我们先了解下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,芯片为发热源,通过多层不同材料将热量传递到冷却剂(风或液体),最后通过冷却剂的流动将热量导出系统,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0.5~6W/(m.K)的导热硅脂呢?
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,而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,硅脂厚度由丝网或钢网的厚度和网孔尺寸严格控制,印刷过程可保证硅脂的均匀度。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。
滚筒涂抹方式:滚筒涂抹即使用滚筒将导热硅脂直接涂抹于模块基板,这种方法简单且成本低,适用于小批量生产。但滚筒涂抹的导热硅脂一致性较差,厚度较难控制。一般推荐使用橡胶滚筒,如图3所示,其硬度建议在50A到70A之间,这个硬度的滚筒可以防止杂质的进入从而保证涂抹的均匀。