有效确保功率模块最佳导热厚度的相变材料

相对于传统用于模块和散热器涂抹的导热硅脂，相变材料有多方面的优势，Vincotech可以提供预涂相变材料的功率模块。导热材料是通过丝网印刷等方式涂在功率器件与散热器之间的一层薄薄的涂层，本文主要介绍相变材料的优势和应用。

模块在实际应用中产生的热量必须通过涂抹在模块和散热之间的导热涂层将热量传导到散热器上，并最终通过散热器把热量耗散掉，然而在这个过程中涂层太薄或者太厚都会直接降低导热性能。Vincotech已经通过预涂相变材料的方式很好的解决了在生产中涂抹不均匀的问题，可以根据模块的大小和封装类型选择不同的涂抹厚度。

相变材料在常温下是以固体状态呈现的，因此在运输、储存方面不需要做特殊处理。由于相变材料的化学稳定性的一致性较好，在手工焊接时不需要特殊保护，但对于模块在焊接后或者焊接中等其他期间可能接触到其他物体需要做适当的保护，比如可能接触到的焊接炉壁。均匀的表面涂抹可以有效的提高导热效果。

预涂相变材料可以有效的提升客户生产效率，同时又能有效的降低由于导热材料涂抹不均匀带来的散热性能降低带来的风险。

相变材料

Vincotech采用的相变材料，它能应用于不同的丝网印刷，其特点物理性能随着温度和时间的变化而变化，当温度升高时，其变现为液体状态。当温度下降时又呈现为固态，这时我们可以像传统导热材料一样进行相应的操作。其优点包括：

1、高效快捷的模块安装

2、能够保证最佳的导热厚度

3、有效降低热阻、避免模块底板断裂的风险

4、适合流水线生产；节省需丝网印刷设备

5、自动化的涂抹最大限度的提高其可靠性

6、不存在涂抹坏点状况，在室温下是固态，加热后是液态。

7、适用于标准焊接规范（比如：J-STD-001, J-STD-003）

8、兼容Press-Fit（压接）方式

下表是相变材料的主要物理及性能参数，获得更多资料请参考世强官网上传的数据手册。

表1：相变材料的性能指标

预涂相变材料的Vincotech模块

Vincotech提供预涂相变材料的功率模块，具体参数可以参见表3。所有的模块都有UL认证证书，所以预涂了相变材料的模块也是活动UL认证的，模块都提供标准的运输包装。无老化担忧，相变材料经过各种老化测试以保证其可靠性。

图1：盛放预涂相变材料模块的发泡包装盒

模块必须盛放在满足下列条件的发泡包装盒内：

1、温度：-25°C < T < 60°C

2、相对湿度：10% < rH < 95%

表2：相变材料的可靠性测试

这些测试在在涂有相变材料的铝制散热器上进行的。表和图显示进行丝网印刷预涂了相变材料的模块的厚度和外形。

表3：不同型号的模块对应的相变材料涂抹厚度

如图2中左侧所示的，右上角的小三角型涂抹部分是用于在使用Press-Fit压接方式时，用于指示压接方向。

图2：丝网印刷外形

装配

模块可以通过压接或者焊接的方式与PCB板连接后安装到散热器上，安装过程除了要求紧螺丝的时候要轮流拧紧螺丝外，其他安装方式和传统的模块安装方式是一样的。由于相变材料在室温下是固态的，所以在紧螺丝的时候不需要间歇的拧紧以保证液体充分附着在模块表面。
下图是一个安装在测试模块上的涂有相变材料的模块，想获得更多的安装方面信息，请具体参考不同模块以及散热器的性能指标。

图3、相变材料的测试模块

操作

初次使用时，由于模块和散热器之间不是软性的材料连接，热阻Rth会比比整个系统高出10%—15%。因此在相变材料涂抹比较合理时，实际的操作温度会高于45℃。但这一个稍高Rth是不会给整个系统带来麻烦，因为散热器的温度是低于45℃-50℃的，热量会不断的通过散热器释放掉，也就保证了整个系统的温度是不会超温。Time-to-melt是一个对温度和温度变化速度的函数，导热材料直到温度达到相应的程度才会变成液体。

图4：散热器温度-热阻曲线

图5：相变材料厚度-时间曲线

当模块安装完成，系统是需要进行老化操作使相变材料由固体转换为液态。如果相变材料的温度高于45℃，相变材料将液化，然后均匀的附着在散热器与模块之间，完成后不需要再次紧固螺丝。

上图显示的是在温度为35℃时，相变材料的厚度减小导热效果增加幅度大15%。模块承受的应力为100kPa，该压力及在flow模块的承受范围也为模块的安全留有一定的空间。相变材料在温度低于45℃时由液态变回固态，这也意味着每次温度达到45℃时相变材料进行一次物态的转换。

拆卸

图6：拆卸模块及散热器背面照片

在拆卸时木有特别要求注意的地方，宁开螺丝用小刀敲开模块和散热器即可，直接用防静电的纱布蘸酒精清洗模块和散热器底部。没有清洗的模块和散热器不建议直接再次使用。图6是拆卸后的模块和散热器。上述模块和散热器还可以再次使用导热硅脂或者相变材料作为导热材料来使用。
标签和丝印

Vincotech的所有产品都会有纸质包装盒，包装盒上条码的-/3/标示该产品是预涂了相变材料的。

图7：纸质包装及标签

如下图所示的模块上的RoHS前的03并不代表其预涂了相变材料，在这里指标示其版本号是03版的。

图8：模块丝印

Vincotech可以为客户提供预涂相变材料复位。这种材料能通过丝网印刷的方式涂于模块与散热器之间，在受热后变成液态，包装了导热材料能均匀的附着在模块与散热器之间。在液态时相变材料是触发式的再没有收到外部扰动的情况下不会随意流淌。在焊接操作时与使用常规导热硅脂没有区别，为了防止在焊接过程中接触到炉壁，在焊接时需要在涂有相变材料的模块表面做适当保护，另外涂相变材料与Press-Fit是完全兼容的。