陶瓷垫片在大功率电源产品中的应用
摘要：陶瓷垫片是一种高导热性能的导热材料，主要用于功率器件、散热器之间的传热和电气隔离。文中分析了陶瓷垫片的性能特点，并对它在电源产品应用中的安规、工艺、结构等设计进行了探讨，最后给出了它在电子负载上的应用。
1、引言
陶瓷垫片是一种高导热性能的材料，主要由氧化铝组成（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隔离。它与功率器件（如功率MOS管、功率三极管等）、铝散热器、PCB板紧密结合后，密封性能极佳，能达到防尘、防水、导热、绝缘的理想效果，并能适应高温、高压、多尘的恶劣工作环境，提高设备运行的安全性和稳定性。文中分析了陶瓷垫片的性能特点，并对它在电源产品应用中的安规、工艺、结构等设计进行了探讨，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。
2、陶瓷垫片的性能特点
陶瓷垫片有以下特点：
⑴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非常苛刻的条件下得到了广泛的应用。而目前导热垫片的导热系数大都在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)；
⑵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、强腐蚀的恶劣工作环境，满足电源产品在各种场合的应用要求；
⑶使用寿命较长。可以减少设备的维修次数，提高设备运行的安全性和稳定性；
⑷符合欧盟ROHS环保标准。
3、散热路径
普通导热垫片是由软介质的材料组成，可以填充功率器件和散热器表面之间的细小间隙，减小其接触热阻。而陶瓷垫片由质地坚硬的氧化铝组成，表面有一定的粗糙度，如果直接装配，功率器件与陶瓷垫片之间、散热器与陶瓷垫片之间会存在很多间隙，严重影响散热效率，使散热器的性能大大打折扣，甚至无法发挥作用。因此，在采用陶瓷垫片做导热材料时，还需要在其两个表面涂加导热硅脂，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，减小它们之间的接触热阻。
加装陶瓷垫片后，功率器件到环境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、散热器热阻组成。其散热路径分为两部分：
⑴功率器件（热源）→导热硅脂→陶瓷垫片→导热硅脂→散热器（热传递以传导为主）；
⑵散热器→环境空气（热传递以对流为主）。
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表面平整度、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 加装陶瓷垫片后的功率器件热阻模型
4、安装工艺及安规、散热设计
4.1、散热器选型的注意事项
