摘要:导热硅脂为高效散热产品，填充在光伏防反二极管和散热器之间，它具备高导热率，极佳的导热性，高稳定性等多重功效，能充分润泽接触表面，从而形成一个非常低的热阻接口，比光伏防反二极管与散热器接触面中间的空气热传导效率高出很多，本文对导热硅脂的效果做进一步研究。 关键词：导热硅脂；光伏专用防反二极管GJMK300A1600V；热阻； 0 引 言 导热硅脂是光伏防反二极管与散热器传输热量的一个纽带。如果在安装涂抹过程中不得其法，很可能就会让功率半导体器件的温度居高不下，甚致烧毁。所以，导热硅脂的正确使用是非常重要的。 1 导热涂层成分的重要性 R(th)测试表明，实际应用中的导热涂层热导率不仅仅取决于它的比热导率，而且还与其成分相关。导热涂层填料粒子越大，比导热率越高。填料粒子的大小决定了最小层厚度。换言之，导热涂层的厚度不可能比其中的最大粒子更薄。经过几次温度循环，粒子小的涂层（如P12：粒子直径为0.04m-4m），几乎可以允许在那些压力特别高的点上进行金属对金属的接触，从而使R(thcs)显著减小。 2 导热涂层处理 可采用滚轮或印刷工艺将导热涂层涂在防反二极管或散热器上。在采用滚轮涂覆时，通常用橡胶辊，而最常用的印刷方法是丝网印刷或模版印刷。 假如这一关键步骤是由经过相关培训的经验丰富的专业工作人员进行的，采用橡胶辊处理导热涂层能够带来足够的效果。然而，这种处理具有诸如非均匀性、重复性差和存在污染风险等缺点。 在模板和丝网印刷中，如果采用自动印刷方法，可以得到比滚轮处理更好的效果。手工印刷，就其本身而言，可能会带来相当大的处理偏差。但是，自动模板印刷处理的发展，其特点是连续过程监测，正如赛米控的这种情况，需要大量的投资，在经济上只对大批量的生产有意义。 除了遵守建议的涂层厚度，处理时应注意确保导热涂层在防反二极管的底部或者散热器的表面均匀分布。非均匀分布的导热涂层（极端的例子：一个或几个导热膏小斑点）会导致DBC陶瓷基板破损（图1）。这适用于带底板或不带底板的防反二极管。除此之外，导热涂层的不均匀也可能由于防反二极管底部和散热器表面顶部之间的气泡而导致局部过热。
图1：导热涂层处理有问题的防反二极管底部 3 导热涂层厚度的测量 导热涂层的厚度可以直接或间接测量。例如，一种间接测量厚度的方法是通过使用 适用的称重衡器测量毛重来计算出导热涂层厚度。一个导热涂层直接非接触测量的例子是采用光学轮廓测定仪进行测量，如Nano Focus的µSCAN。其他可用于直接测量导热涂层的设备包括测厚仪，如湿膜梳（例如Zehntner公司的ZND 2051或Elcometer Instruments 或BYK Gardner（PG-3504）或湿膜轮（如Zehntner 公司的ZWW 2100-2102或BYK Gardner），然而，这些仪器的缺点是它们可能会导致某些地方涂层的损坏。 4 导热涂层的最佳厚度 与特定散热器表面想匹配的特定导热涂层的最小厚度可通过一个规定的过程确定。起始的最小厚度约为10µm，然后每一步增加10µm（另一种选择是轮换这些步骤）。这里，导热涂层根据防反二极管制造商指定的规格被涂覆到防反二极管或散热片或者铝板上。当拧紧安装螺丝，必须遵守防反二极管制造商做规定的拧紧力矩。为了实现松弛的系统状态，已安装和拧紧的防反二极管应经过3次热循环（20°C/100°C/1h）。 热循环后，防反二极管无法轻易地在没有破坏的情况下被移走，因为防反二极管被压到散热片/铝板上了，粘的导热涂层分布其中，产生巨大的附着力。为确保非破坏性拆除，防反二极管在螺丝拧松后应该在室温下保持不被触摸12小时，或者经历1-2次热循环。 一旦防反二极管被旋松，防反二极管底部的压印花纹将显示出导热涂层是否在防反二极管和散热器之间提供了最佳的接触。图2（左）为普通防反二极管糟糕的涂抹效果，一个含有大面积导热涂层没被接触的防反二极管底部。这表明，导热涂层实际太薄（约30µm 左右）。作为比较，图2（右）为光伏专用防反二极管GJMK300A1600V最佳的涂抹效果，一个完全被导热涂层覆盖的散热底部，除了一些实现了金属对金属接触的高压点。这是导热涂层最佳（约50µm）的象征。
图2：糟糕的（左）和最佳的（右）防反二极管导热涂层处理 通过为单独的安装在散热器上的防反二极管提供优化的导热涂层厚度和采用自动处理工艺以保证质量标准，热传导介质的缺点可在一定程度上被弥补。然而，防反二极管和散热器之间出现的“缝隙”问题，仍然具有最大的改善潜力。 目前光伏专用防反二极管GJMK300A1600V、GJMK55A1600V、GJMK26A1600V、 GJMD26A1600V、GJMD55A1600V、GJMD250A1600V等均可通过以上方式达到最佳的散热效果。 |
