如何正确使用导热硅脂？

发布日期：2021-03-20 10:13　浏览次数：

如何正确使用导热硅脂？

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。

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？

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，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。

导热硅脂的选择

导热硅脂的选择需要考虑很多因素，比如导热率、粘稠度、介电强度、挥发物含量及溢出和变干特性。

导热硅脂一般由载体和填充物组成。载体分为含硅和无硅两种，含硅的载体相对稳定、成本低、可靠性高，但某些特定环境中需要无硅载体。导热硅脂中的填充物大多使用金属氧化物（ZnO，BN，Al2O3）、银或者石墨。填充物是决定导热率的关键物质，填充物比例越高，导热性也就越好；填充物颗粒体积也直接影响导热率，颗粒越大导热性越好。

导热硅脂的导热率是一个重要指标，对于热设计而言，硅脂的导热率越高，越有利于功率模块的散热。但并不是说导热率越高就越好，高导热性能硅脂使用相对大颗粒（例如50um）的填充物，这将限制硅脂涂抹时的最小厚度，对于无铜底板的模块不太适用。同时，高导热率的硅脂的粘稠度也相对较大，不利于硅脂的扩散，在模块安装过程中陶瓷绝缘基板容易由于受力不均而破裂，特别是无铜底板模块。

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