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【基础知识】变频器IGBT导热介质工艺分析

日期:2016年3月30日 09:49

变频器IGBT导热介质工艺分析

                 (上海禹超电气有限公司   技术部:李飞强)

 

 

摘要:对现有变频器IGBT导热介质工艺进行说明,并对导热介质的使用方法进行分析。

 

1.什么是热 热是能量的形态之一。与动能、电能及位能等一样,也存在热能。热能的单位用“J”(焦耳)表示。1J能量能在1N力的作用下使物体移动1m,使1g的水温度升高0.24

热传递的方式3种,分别为传导对流热辐射。传导是指在物体(固体)中传播的热能的传递,变频器的散热器与IGBT之间的热量传递就属于热传导。

 

2.在变频器热传导中,散热器和器件(IGBT)之间总存在间隙,这些间隙对于器件的散热性能影响很大,如图1、图2

  • 导热材料能填充散热器与IGBT之间的微小间隙
  • 导热材料的分类:为满足不同场合的散热需求,目前很多导热材料厂家开发了各种各样的导热材料。
  • 根据导热材料的特点,可分为一下几类:
  • 金属材料,如Sn/Pb焊料等
  • 导热硅脂类
  • 导热绝缘垫片(无弹性)
  • 胶水类,如315胶等
  • 变相导热材料,变相导热膜等
  • 导热双面胶带等

 

3.导热硅脂目前被广泛使用在散热器上的IGBT安装面上,其目的在于填补各器件安装面与散热器之间的间隙,达到更均匀,更有效的散热效果,避免器件温度过高而损坏。为保证导热硅脂均匀的分布在IGBT的安装面上,其涂覆工艺很重要。

导热硅脂成分为硅油和填料,填料通常为氮化硼、氧化铝、碳化硅等,硅油保证了一定的流动性,填料填充了IGBT和散热器之间的微小间隙,保证了导热性。

由于导热硅脂的导热系数约为1~2W/m·K),而铝型材散热器约为300W/m·K),因此涂抹硅脂一定要适量,涂上薄薄一层就可以了,目前导热硅脂的厚度要求约为80~150µm(IGBT和散热器表面粗糙度要求Ra≤6.3µm,平面度≤100µm/100mm)

 

4.目前IGBT导热硅脂涂覆工艺主要分两种,滚筒印刷和丝网板印刷(丝网/钢网印刷)

4.1滚筒涂覆

滚筒涂覆是目前使用最广泛的方法,作业步骤:(1IGBT安装前,用酒精将器件的安装面和散热器清洗干净;(2)将导热硅脂用滚筒刷粘上导热硅脂;(3)在IGBT的安装面反复滚刷上一层导热硅脂,观察硅脂是否涂满IGBT的安装面,最后在将IGBT安装在散热器上,见图3

4.2 丝网板印刷

1IGBT安装前,用酒精将器件的安装面和散热器清洗干净;(2)使用丝网或钢网等印刷工装进行硅脂的印刷,如图4,可根据实际单板布局情况灵活选择印刷在器件或散热器上。

 

3)采用工装进行导热硅脂印刷时,需要对印刷面积进行控制,印刷面积涂覆面积占器件与散热器总接触面积的70%~80%

 

5.丝网板印刷的注意事项

导热硅脂的涂覆厚度最小为80µm,工装印刷丝网钢网厚度一般采用80~120µm,如对于平面度较差的装配,可适当增加丝网钢网的厚度。

5钢网印刷可控制钢网的厚度,来控制硅脂涂覆的厚度。

1)多个器件排布时沿印刷方向排布,可增加厚度的均匀性,如图6

2)导热硅脂本身由于施加的厚薄,难以避免固体凸点的接触,需要绝缘的地方需加装导热绝缘垫片。

3)为获得器件与散热器较好的接触性能,安装时需要一定的紧固力。

 

6.通过对比观察

1)滚筒涂覆器件时,容易造成导热硅脂过量分布不均匀。

2)而丝网板印刷涂覆后的导热硅脂分布均匀,提高了IGBT的散热性。

因此丝网板印刷比滚筒涂覆能提高IGBT的散热效果和IGBT得使用寿命。

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