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【千亿国际网站】导热陶瓷垫片机能特点及安装应用发表于: 2022-04-09 01:27
本文摘要:导热陶瓷垫片机能特点及安装应用 导热陶瓷垫片是一种高导热机能的质料,主要由氧化铝构成(氧化铝含量高达96%以上),外观呈纯白色,质地坚硬,主要用于功率器件与散热器之间的传热和电气断绝。它与功率器件(如功率 MOS 管、功率三极管等)、铝散热器、 PCB 板精密联合后,密封机能极佳,能到达防尘、防水、导热、绝缘的抱负效果,并能适应高温、高压、多尘的恶劣事情情况,提高设备运行的宁静性和不变性。

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导热陶瓷垫片机能特点及安装应用 导热陶瓷垫片是一种高导热机能的质料,主要由氧化铝构成(氧化铝含量高达96%以上),外观呈纯白色,质地坚硬,主要用于功率器件与散热器之间的传热和电气断绝。它与功率器件(如功率 MOS 管、功率三极管等)、铝散热器、 PCB 板精密联合后,密封机能极佳,能到达防尘、防水、导热、绝缘的抱负效果,并能适应高温、高压、多尘的恶劣事情情况,提高设备运行的宁静性和不变性。文中阐发了陶瓷垫片的机能点,并对它在 电源 产物应用中的安规、工艺、布局等设计举行了探讨,最后给出了它在电子负载(模块电源高温老化专用负载)上的应用。

陶瓷垫片机能特点 陶瓷垫片有以下特点: 陶瓷垫片导热系数(20℃)高达20 W/(m-K)~30W/(m-K),远比普通导热垫片的导热系数高,因此在功率器件散热要求很是苛刻的条件下获得了遍及的应用。而今朝导热垫片的导热系数多数在2.0 W/(m-K)以下,导热系数较高的贝格斯SIL-Pad2000系列也只有3.5W/(m-K); 耐高温和高压。陶瓷垫片的击穿强度在10kV~12kV,允许使用的最高温度达1600℃,能适应高温、高压、高磨损、强腐化的恶劣事情情况,满意电源产物在各类场所的应用要求; 使用寿命较长。

可以减少设备的维修次数,提高设备运行的宁静性和不变性; 切合欧盟RoHS环保尺度。陶瓷垫片散热路径 普通导热垫片是由软介质的质料构成,可以填充功率器件和散热器外貌之间的细小间隙,减小其打仗热阻。而陶瓷垫片由质地坚硬的氧化铝构成,外貌有必然的粗拙度,假如直接装配,功率器件与陶瓷垫片之间、散热器与陶瓷垫片之间会存在许多间隙,严重影响散热效率,使散热器的机能大大打折扣,甚至无法发挥感化。

因此,在接纳陶瓷垫片做导热质料时,还需要在其两个外貌涂加导热硅脂,用于填充陶瓷垫片与散热器、陶瓷垫片与功率器件之间的细小间隙,减小它们之间的打仗热阻。加装陶瓷垫片后,功率器件到情况温度的热阻主要由导热硅脂热阻、陶瓷垫片热阻、导热硅脂热阻、散热器热阻构成。其散热路径分为两部门: 展开全文 ⑴功率器件(热源)→导热硅脂→陶瓷垫片→导热硅脂→散热器(热通报以传导为主); ⑵散热器→情况空气(热通报以对流为主)。图1给出功率器件的热阻模型及散热路径。

影响功率器件的热阻因素主要有陶瓷垫片的外貌平整度、陶瓷垫片和导热硅脂的厚度、散热器的厚度及形状、紧固件的压力等,而这些因素又与实际应用条件有关,所以功率器件到散热器之间的热阻也将取决于实际装配条件。图1 安装工艺及安规、散热设计 ➤散热器选型的注意事项 陶瓷垫片与导热垫片比力有以下缺陷(散热器选型时需注意的处所):陶瓷垫片的材质坚硬,但较脆,抗弯曲变形能力较差,在散热器外貌平整度很是差的环境下,安装时易碎裂。所以在使用陶瓷垫片做导热元件时,必然要求厂家节制散热器的外貌平整度,使该指标节制在允许的规模之内。➤工艺装配方式(以功率MOS管为例举行阐发) 陶瓷垫片和功率MOS管、散热器在安装历程中,涉及到工艺和安规问题,下面将一一先容。

1 螺钉固定方式 安装功率MOS管后,因镙钉与功率MOS管金属部门的爬电间隔受限,所以镙钉固定方式只能用于功效绝缘的场所(散热器不接外壳大地),不能用于增强绝缘的场所(外壳作散热器,安规间隔要求较大),不然安规不能满意设计要求。(1)接纳镙钉固定TO-247封装的功率MOS管 TO-247封装的功率MOS管只有反面散热部门才有金属,其它部门都为塑料,所以在固定该功率MOS管时,不要做特殊处置惩罚,将陶瓷垫片(两面需涂导热硅脂)夹在功率MOS管和散热器之间,直接用镙钉固定即可满意功效绝缘的要求,如图2(a)、(b)所示,功率MOS管金属部门与镙钉的爬电间隔为1.3 mm ~1.5mm(由厂商的功率MOS管形状决定)。图2 (a)TO-247封装的功率MOS管反面图 (b) 镙钉固定TO-247封装的功率MOS管 (2)接纳镙钉固定TO-220封装的功率 MOS 管 在固定TO-220封装的功率MOS管时,需在镙钉上增加一个塑料垫(如图3所示),防止功率MOS管金属部门通过镙钉与散热器打仗,造成短路。

增加塑料垫后,功率MOS管金属部门与镙钉的爬电间隔≥1mm。陶瓷垫片 同样需要两面涂导热硅脂,减小其打仗热阻。图3 2 压条固定方式 接纳压条固定功率MOS管时,主要用于对安规要求较高的场所。

它有两种固定方式:横压和竖压。图4(a)给出接纳竖压方式固定功率MOS管(TO-220或TO-247封装)的示意图,图4(b)给出接纳横压方式固定功率MOS管(TO-220或TO-247封装)的示意图。

图4 (a)接纳竖压方式固定功率MOS管示意图 (b)接纳横压方式固定功率MOS管示意图 工艺设计要注意以下3点: ①接纳压条固定功率MOS管时,要选择不开镙钉孔的陶瓷垫片,不然会大大减小功率MOS管到散热器的爬电间隔; ②陶瓷垫片的尺寸必需满意功率MOS管到散热器的爬电间隔要求; ③由于压条通过镙钉直接与散热器毗连,所以压条必需加装绝缘套管,增加功率MOS管到散热器的爬电间隔。热设计和布局设计注意事项 常用的陶瓷垫片类型有单片、双片等。

双陶瓷垫片主要用于两个功率MOS 管并联安装使用。图5给出了双陶瓷垫片在 PCB 和布局设计上的各个参数及其尺寸巨细(以TO-247封装功率MOS管为例)。(1)双陶瓷垫片两个开孔的间隔是固定的,因此在PCB 设计时要保持两个MOS 管的中心间隔为19mm;布局设计时,散热器上两个MOS 管的开孔间隔为19mm。

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(2)假如两个功率MOS 管功耗较大,且散热器安装在PCB 底部,MOS管的边沿间隔散热器的边沿不行太近,详细要按照热仿真阐发的成果来定该尺寸的巨细,不然散热效果会大大打折扣。图5 陶瓷垫片在电子负载中的应用 某电子负载(模块 电源 高温老化专用负载)共有16路,每路事情电流为10A(每路用一个功率MOS管做电子负载),每个功率MOS管的功耗高达32W,必需采纳有效的散热办法来确保功率MOS管宁静靠得住地事情。因整个系统的功耗很是大,所以接纳了4个150mmx120mm大型铝散热器(厂家无法加工一个长型铝散热器,所以用4个铝散热器替代),散热器位于PCB底部。

功率MOS管选用IRFP150P(TO-247封装),将其卧倒安装在底壳散热器上,其导热质料选取了高导热机能的陶瓷垫片(普通导热垫片无法满意设计要求)。因产物无需做增强绝缘处置惩罚(内部电路对外壳电压差为10V~65V),故采纳了镙钉方式固定功率MOS管,满意功效绝缘即可。表1给出了该电子负载在常温25℃、风冷条件下的事情温度。

从表1中的数据得出:功率MOS管的事情温度在45.3℃~66.3℃之间。该电子负载要求在高温65℃的条件下事情,则要再加上40℃的温升,可得出功率MOS管的事情温度在85.3℃~100.3℃之间,所有功率MOS管(其最高事情温度为160℃)的温升都在允许规模内。说明陶瓷垫片的导热机能很是优异,能满意 大功率 电源产物的散热要求。

表1 结 语 接纳陶瓷垫片作功率器件和散热器之间的导热质料,具有导热效率高、耐高温/耐高压、受热匀称、散热快、布局简朴紧凑,在大功率电源产物中具有遍及的应用前景。本文阐发了陶瓷垫片的机能特点,并对它在电源产物应用中的安规、工艺、布局等设计举行了探讨,最后给出了在电子负载(模块电源高温老化专用负载)上的应用成果。文章来历:陶誉科创返回,检察更多。


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