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陶瓷垫片正在大功率电源产物中的行使

文章作者:公司简介 上传时间:2020-03-25

  陶瓷垫片正在大功率电源产物中的行使

1、弁言

  

陶瓷垫片是一种高导热功能的原料□□□□□,紧要由氧化铝构成(氧化铝含量高达96%以上)□□□□□,外观呈纯白色□□□□,质地坚硬□□□□,紧要用于功率器件与散热器之间的传热和电气分开。它与功率器件(如功率MOS管、功率三极管等)、铝散热器、PCB板精细连接后□□□□,密封功能极佳□□□□,能抵达防尘、防水、导热、绝缘的理念效益□□□□,并能顺应高温、高压、众尘的阴恶劳动处境□□□□□,进步摆设运转的平安性平和稳性。文平分析了陶瓷垫片的功能特质□□□□,并对它正在电源产物德使中的安规、工艺、组织等安排举行了考虑□□□,结果给出了它正在电子负载(模块电源高温老化专用负载)上的行使。

  

2、陶瓷垫片的功能特质

  

陶瓷垫片有以下特质□□□□:

  

⑴陶瓷垫片导热系数(20℃)高达20 W/(m-K)~30W/(m-K)□□□□,远比浅显导热垫片的导热系数高□□□□□,是以正在功率器件散热请求特殊苛刻的要求下获得了平凡的行使。公司简介而目前导热垫片的导热系数多半正在2.0 W/(m-K)以下□□□□,导热系数较高的贝格斯Sil-Pad2000系列也惟有3.5W/(m-K);

  

⑵耐高温和高压。陶瓷垫片的击穿强度正在10kV~12kV□□□□,准许运用的最高温度达1600℃□□□,能顺应高温、高压、高磨损、强腐化的阴恶劳动处境□□□□,知足电源产物正在各类场面的行使请求;

  

⑶运用寿命较长。能够淘汰摆设的维修次数□□□□,进步摆设运转的平安性平和稳性;

  

⑷契合欧盟ROHS环保圭表。

  

3、散热途径

  

浅显导热垫片是由软介质的原料构成□□□□,能够填充功率器件和散热器皮相之间的轻微间隙□□□□□,减小其接触热阻。而陶瓷垫片由质地坚硬的氧化铝构成□□□,皮相有肯定的毛糙度□□□□□,倘使直接安装□□□,功率器件与陶瓷垫片之间、散热器与陶瓷垫片之间会存正在许众间隙□□□,紧张影响散热效能□□□□□,使散热器的功能大大打扣头□□□□,以至无法施展影响。公司简介是以□□□□,正在采用陶瓷垫片做导热原料时□□□□,还需求正在其两个皮相涂加导热硅脂□□□□,用于填充陶瓷垫片与散热器、陶瓷垫片与功率器件之间的轻微间隙□□□□□,减小它们之间的接触热阻。

  

加装陶瓷垫片后□□□,功率器件随处境温度的热阻紧要由导热硅脂热阻、陶瓷垫片热阻、导热硅脂热阻、散热器热阻构成。其散热途径分为两个人□□□□□:

  

⑴功率器件(热源)→导热硅脂→陶瓷垫片→导热硅脂→散热器(热传达以传导为主);⑵散热器→处境氛围(热传达以对流为主)。图1给出功率器件的热阻模子及散热途径。影响功率器件的热阻要素紧要有陶瓷垫片的皮相平整度、陶瓷垫片和导热硅脂的厚度、散热器的厚度及形式、紧固件的压力等□□□□□,而这些要素又与实践行使要求相合□□□□,于是功率器件到散热器之间的热阻也将取决于实践安装要求。

  

图1 加装陶瓷垫片后的功率器件热阻模子

  

[page] 4、公司简介装置工艺及安规、散热安排

  

4.1、散热器选型的属意事项

  

陶瓷垫片与导热垫片对照有以下缺陷(散热器选型时需属意的地方)□□□□□:陶瓷垫片的材质坚硬□□□,但较脆□□□□□,抗弯曲变形技能较差□□□,正在散热器皮相平整度特殊差的情形下□□□□□,装置时易碎裂。于是正在运用陶瓷垫片做导热元件时□□□,肯定请求厂家操纵散热器的皮相平整度□□□,使该目标操纵正在准许的界限之内。

  

4.2、工艺安装格式(以功率MOS管为例举行领会)

  

陶瓷垫片和功率MOS管、散热器正在装置历程中□□□□□,涉及到工艺和安规题目□□□□,下面将逐一先容。

  

4.2.1镙钉固定格式

  

装置功率MOS管后□□□,因镙钉与功率MOS管金属个人的爬电隔绝受限□□□,于是镙钉固定格式只可用于功用绝缘的场面(散热器不接外壳大地)□□□,不行用于强化绝缘的场面(外壳作散热器□□□□□,安规隔绝请求较大)□□□,不然安规不行知足安排请求。

  

⑴采用镙钉固定TO-247封装的功率MOS管

  

TO-247封装的功率MOS管惟有后面散热个人才有金属□□□□□,其它个人都为塑料□□□□□,于是正在固定该功率MOS管时□□□□,不要做奇特处罚□□□□□,将陶瓷垫片(两面需涂导热硅脂)夹正在功率MOS管和散热器之间□□□□,直接用镙钉固定即可知足功用绝缘的请求□□□,如图2(a)、(b)所示□□□□□,功率MOS管金属个人与镙钉的爬电隔绝为1.3 mm ~1.5mm(由厂商的功率MOS管形式断定)。

  

(a) (b)图2 (a)TO-247封装的功率MOS管后面图; (b) 镙钉固定TO-247封装的功率MOS管。公司简介

  

⑵采用镙钉固定TO-220封装的功率MOS管

  

正在固定TO-220封装的功率MOS管时□□□,需正在镙钉上减少一个塑料垫(如图3所示)□□□□,提防功率MOS管金属个人通过镙钉与散热器接触□□□□□,变成短道。减少塑料垫后□□□□□,功率MOS管金属个人与镙钉的爬电隔绝≥1mm。陶瓷垫片同样需求两面涂导热硅脂□□□□,减小其接触热阻。

  

图3 镙钉固定TO-220封装功率MOS管

  

4.2.2压条固定格式

  

采用压条固定功率MOS管时□□□□,紧要用于对安规请求较高的场面。它有两种固定格式□□□□□:横压和竖压。图4(a)给出采用竖压格式固定功率MOS管(TO-220或TO-247封装)的示妄念□□□,图4(b)给出采用横压格式固定功率MOS管(TO-220或TO-247封装)的示妄念。

  

工艺安排要属意以下3点□□□:①采用压条固定功率MOS管时□□□□□,要遴选不开镙钉孔的陶瓷垫片□□□□□,不然会大大减小功率MOS管到散热器的爬电隔绝;②陶瓷垫片的尺寸必需知足功率MOS管到散热器的爬电隔绝请求;③因为压条通过镙钉直接与散热器接连□□□□□,于是压条必需加装绝缘套管□□□□,减少功率MOS管到散热器的爬电隔绝。

  

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(a) (b)

  

图4 (a)采用竖压格式固定功率MOS管示妄念; (b) 采用横压格式固定功率MOS管示妄念。

  

4.3、热安排和组织安排属意事项

  

常用的陶瓷垫片类型有单片、双片等。双陶瓷垫片紧要用于两个功率MOS 管并联装置运用。图5给出了双陶瓷垫片正在PCB 和组织安排上的各个参数及其尺寸巨细(以TO-247封装功率MOS管为例)。

  

⑴双陶瓷垫片两个开孔的隔绝是固定的□□□,是以正在PCB 安排时要保留两个MOS 管的核心隔绝为19mm;组织安排时□□□□,散热器上两个MOS 管的开孔隔绝为19mm。

  

⑵倘使两个功率MOS 管功耗较大□□□□,且散热器装置正在PCB 底部□□□□,MOS 管的角落隔绝散热器的角落不行太近□□□□,整个要遵照热仿真领会的结果来定该尺寸的巨细□□□,不然散热效益会大大打扣头。

  

图5 双陶瓷垫片正在PCB 和组织安排上的各个参数及其尺寸巨细

  

5、陶瓷垫片正在电子负载中的行使

  

某电子负载(模块电源高温老化专用负载)共有16道□□□,每道劳动电流为10A(每道用一个功率MOS管做电子负载)□□□□□,每个功率MOS管的功耗高达32W□□□□□,必需采纳有用的散热步骤来确保功率MOS管平安牢靠地劳动。因全体体例的功耗特殊大□□□□,于是采用了4个150mmx120mm大型铝散热器(厂家无法加工一个长型铝散热器□□□□□,于是用4个铝散热器取代)□□□,散热器位于PCB底部。功率MOS管选用IRFP150P(TO-247封装)□□□□□,将其卧倒装置正在底壳散热器上□□□,其导热原料采纳了高导热功能的陶瓷垫片(浅显导热垫片无法知足安排请求)。因产物无需做强化绝缘处罚(内部电道对外壳电压差为10V~65V)□□□□,故采纳了镙钉格式固定功率MOS管□□□,知足功用绝缘即可。

  

外1给出了该电子负载正在常温25℃、风冷要求下的劳动温度。从外1中的数据得出□□□:功率MOS管的劳动温度正在45.3℃~66.3℃之间。该电子负载请求正在高温65℃的要求下劳动□□□□,则要再加上40℃的温升□□□□,可得出功率MOS管的劳动温度正在85.3℃~100.3℃之间□□□□,一起功率MOS管(其最高劳动温度为160℃)的温升都正在准许界限内。阐发陶瓷垫片的导热功能特殊优异□□□□□,能知足大功率电源产物的散热请求。

  

  

外1 电子负载正在常温25℃、风冷要求下的劳动温度

  

6、结语

  

采用陶瓷垫片作功率器件和散热器之间的导热原料□□□□,具有导热效能高、耐高温/耐高压、受热匀称、散热疾、组织简略紧凑□□□,正在大功率电源产物中具有平凡的行使前景。本文领会了陶瓷垫片的功能特质□□□□,并对它正在电源产物德使中的安规、工艺、组织等安排举行了考虑□□□□□,结果给出了正在电子负载(模块电源高温老化专用负载)上的行使结果。■

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