本期给大家带来的是关于导热材料相关技术的研究内容,希望对大家有帮助。 随着电子产品,材料、结构、空间尺寸等限制,功率密度越来越大,对发热元器件的散热带来了挑战,所以有很多更高效的解决方案被挖掘,诸如热管、VC、叶脉冷泵系统等,能更快的将系统整体发热量带到外部。
根据整个散热系统路径,可以看出,最底层也是最基础的一环,其实是在元器件的导热部分,如果发热元器件的发热量不能有效的传递给散热端,即使外部散热能力再好,最终也会形成热堆积,导致元器件过热,影响其工作稳定性,甚至缩短使用寿命。
所以,解决整体系统热管理问题,除了要做整机热设计,我们还需要做的是根据项目的实际情况,比如空间尺寸限制、元器件功耗、振动、结构、电路设计、EMC等各维度的设计要求,来选择合适的导热方式,并进行导热材料的选型。 下面,以我之前做的一个新能源4KW非车载AC-DC充电机项目为例,给大家分析当时的热设计策略与材料选型依据。 4KW非车载AC-DC结构外观图 项目背景 给某新能源厂设计的一款非车载ACDC充电机,效率92%左右,已量产。 下面就该项目的结构、热管理、测试以及报告等多个方面,介绍完整的流程以及所使用的相关导热材料等内容。 结构设计 结构设计外壳尺寸 内部布局图 外壳采用SECC钣金件加工,该设备在室内使用,使用环境没有之前的3KW 车载充电机那么恶劣,防护等级IP33,进出风口有过滤棉,结合百叶窗的结构设计进行防护,如下图所示。 外壳结构设计 热设计 关于整机系统初始散热方式、风量评估的过程,本篇就不再追溯,大家感兴趣的可以看之前的文章。(关于电子产品中风扇应用的基础知识) 本项目主要发热部件有芯片、功率管(MOS)、变压器、整流桥、PCB板等,清单如下, 部分损耗清单 由于空间尺寸限制,以及产品使用的环境条件等要求,我们选择的导热方式是在MOS管与散热器直接加导热硅脂、铜片。 刚性固体接触面间会产生细小的缝隙。可以用柔性的介质填充这些缝隙,连接导热路径。这些柔性介质就是导热界面材料,包含导热衬垫(thermal pad)、导热硅脂(thermal grease)、导热凝胶(thermal gel)等。 我们当时对比了市面上的几种导热硅脂,通过样品申请测试对比,最终选定了合肥傲琪电子的产品。 导热硅脂是一种传统的导热材料,使用在发热部件与散热片之间达到良好的导热性和稳定性,同时对铜、铝散热器表面具有一定的充分填充。非常适合于一般CPU、GPU及其它发热功率器件的界面导热。 合肥傲琪的导热硅脂优势 n 硅脂由于粘度较低,能充分填充接触表面从而使界面热阻更低,所以能在最快的时间内将热量传递到散热装置界面,传热效率高。 n 涂抹于功率器件和散热器装配面,帮助消除接触面的空气间隙增大热量流通,减小接触热阻,降低功率器件的工作温度,从而进一步提高产品的使用寿命。 n 产品型号有多种规格可选择(导热系数1.0~5.0W/m.K)。 合肥傲琪电子的导热硅脂、导热硅胶片还应用于对芯片、主板、功率管(MOS)、变压器、模块、PCB板、铝基板、南桥、北桥、CPU、GPU、处理器、单片机等发热元器件的导热、散热解决方案。 涉及领域包含智能手机、便捷电子设备、充电器、网关、路由器、交换机、机顶盒、投影仪、电脑、笔记本、平板、LED照明、新能源汽车、无人机、电源、行车记录仪、航空航天、医疗设备、安防监控、5G基站、智能电视、雷达、军工电源、智能装备等通电、带电设备。 导热硅脂使用还需要注意热源面与散热端的安装方式、锁附机构等结构设计, 在此项目中,MOS管金属面涂抹导热硅脂,与散热器接触,用螺丝锁附,如下图所示, MOS管锁附在散热器侧面 需保证平行度、接触面平面度等,最直接的检测方法。 导热硅脂热涌出和干化情况 导热界面材料所受的压力越大,材料的热阻越低,导热效果越好。但芯片的应力承受范围有限,过大应力会导致芯片压坏。芯片如果允许,尽可能采用大应力。 G-500、G-300的导热硅脂经过笔记本CPU实测的前后效果对比,如下图所示, 从图上前后对比可以看出,其导热硅脂在CPU与冷端面之间接触、导热的效果很好,究其原因,我们可以通过这两款导热硅脂的可靠性测试数据,如下图所示, 可以看出,G-300/G-500的最小界面厚度可达到7μm、25μm,热阻低至0.016和0.009。
另外,导热界面材料所受的压力越大,材料的热阻越低,导热效果越好。但芯片的应力承受范围有限,过大应力会导致芯片压坏。芯片如果允许,尽可能采用大应力。 热阻-压力曲线
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