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變頻器IGBT導(dǎo)熱介質(zhì)工藝分析

（上海禹超電氣有限公司   技術(shù)部：李飛強(qiáng)）

摘要：對現(xiàn)有變頻器IGBT導(dǎo)熱介質(zhì)工藝進(jìn)行說明，并對導(dǎo)熱介質(zhì)的使用方法進(jìn)行分析。

1.“什么是熱” 熱是能量的形態(tài)之一。與動能、電能及位能等一樣，也存在熱能。熱能的單位用“J”（焦耳）表示。1J能量能在1N力的作用下使物體移動1m，使1g的水溫度升高0.24℃。

熱傳遞的方式有3種，分別為“傳導(dǎo)”、“對流”及“熱輻射”。傳導(dǎo)是指在物體（固體）中傳播的熱能的傳遞，變頻器的散熱器與IGBT之間的熱量傳遞就屬于熱傳導(dǎo)。

2.在變頻器熱傳導(dǎo)中，散熱器和器件（IGBT）之間總存在間隙，這些間隙對于器件的散熱性能影響很大，如圖1、圖2

導(dǎo)熱材料能填充散熱器與IGBT之間的微小間隙

導(dǎo)熱材料的分類：為滿足不同場合的散熱需求，目前很多導(dǎo)熱材料廠家開發(fā)了各種各樣的導(dǎo)熱材料。

根據(jù)導(dǎo)熱材料的特點(diǎn)，可分為一下幾類：

金屬材料，如Sn/Pb焊料等

導(dǎo)熱硅脂類

導(dǎo)熱絕緣墊片(無彈性)

膠水類，如315膠等

變相導(dǎo)熱材料，變相導(dǎo)熱膜等

導(dǎo)熱雙面膠帶等

3.導(dǎo)熱硅脂目前被廣泛使用在散熱器上的IGBT安裝面上，其目的在于填補(bǔ)各器件安裝面與散熱器之間的間隙，達(dá)到更均勻，更有效的散熱效果，避免器件溫度過高而損壞。為保證導(dǎo)熱硅脂均勻的分布在IGBT的安裝面上，其涂覆工藝很重要。

導(dǎo)熱硅脂成分為硅油和填料，填料通常為氮化硼、氧化鋁、碳化硅等，硅油保證了一定的流動性，填料填充了IGBT和散熱器之間的微小間隙，保證了導(dǎo)熱性。

    由于導(dǎo)熱硅脂的導(dǎo)熱系數(shù)約為1~2W/（m·K），而鋁型材散熱器約為300W/（m·K），因此涂抹硅脂一定要適量，涂上薄薄一層就可以了，目前導(dǎo)熱硅脂的厚度要求約為80~150µm(IGBT和散熱器表面粗糙度要求Ra≤6.3µm，平面度≤100µm/100mm)

4. 目前IGBT導(dǎo)熱硅脂涂覆工藝主要分兩種，滾筒印刷和絲網(wǎng)板印刷（絲網(wǎng)/鋼網(wǎng)印刷）

4.1滾筒涂覆

滾筒涂覆是目前使用最廣泛的方法，作業(yè)步驟：（1）IGBT安裝前，用酒精將器件的安裝面和散熱器清洗干凈；（2）將導(dǎo)熱硅脂用滾筒刷粘上導(dǎo)熱硅脂；（3）在IGBT的安裝面反復(fù)滾刷上一層導(dǎo)熱硅脂，觀察硅脂是否涂滿IGBT的安裝面，最后在將IGBT安裝在散熱器上，見圖3

4.2 絲網(wǎng)板印刷

（1）IGBT安裝前，用酒精將器件的安裝面和散熱器清洗干凈；（2）使用絲網(wǎng)或鋼網(wǎng)等印刷工裝進(jìn)行硅脂的印刷，如圖4，可根據(jù)實(shí)際單板布局情況靈活選擇印刷在器件或散熱器上。

（3）采用工裝進(jìn)行導(dǎo)熱硅脂印刷時，需要對印刷面積進(jìn)行控制，印刷面積涂覆面積占器件與散熱器總接觸面積的70%~80% 。

5.絲網(wǎng)板印刷的注意事項(xiàng)

導(dǎo)熱硅脂的涂覆厚度最小為80µm，工裝印刷絲網(wǎng)鋼網(wǎng)厚度一般采用80~120µm，如對于平面度較差的裝配，可適當(dāng)增加絲網(wǎng)鋼網(wǎng)的厚度。

如圖5鋼網(wǎng)印刷可控制鋼網(wǎng)的厚度，來控制硅脂涂覆的厚度。

（1）多個器件排布時沿印刷方向排布，可增加厚度的均勻性，如圖6

  (2）導(dǎo)熱硅脂本身由于施加的厚薄，難以避免固體凸點(diǎn)的接觸，需要絕緣的地方需加裝導(dǎo)熱絕緣墊片。

（3）為獲得器件與散熱器較好的接觸性能，安裝時需要一定的緊固力。

6.通過對比觀察

（1）滾筒涂覆器件時，容易造成導(dǎo)熱硅脂過量分布不均勻。

（2）而絲網(wǎng)板印刷涂覆后的導(dǎo)熱硅脂分布均勻，提高了IGBT的散熱性。

因此絲網(wǎng)板印刷比滾筒涂覆能提高IGBT的散熱效果和IGBT得使用壽命。