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℃。

热传递的方式有3种，分别为“传导”、“对流”及“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：（1）IGBT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

（1）IGBT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。

如图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。