Electrolube热界面材料为电力电子元器件和设备改善寿命和可靠性

2021-04-06 Electrolube
热界面材料,Electrolube

电力电子器件提供电能的有效转换,通常涉及电压或电流等级和频率的变化。涉及的功率等级范围可能从非常低到非常高,例如从mW到GW,因此应用范围很广。有一些显著的例子表明,能源效率水平是成功的关键因素,其中包括电动汽车和LED产业。手机无线充电、可再生能源、配电和传感器技术是几个更为关键的领域。那么,我们如何在这些领域中提高能效呢?这些电子设备的设计显然是最重要的因素,但是为了使这些电子设备在各种条件下都能发挥作用并实现最大效率,使用热管理材料和保护产品可能是实现这些目标的关键一步,以充分最大限度地提高电力电子设备的效率和可靠性。


可以使用此类物质的有两个关键领域:元器件级别和设备级别。在元器件级别,我们通常指的是热管理。当施加更多的功率时,诸如电阻器之类的元器件将产生更多的热量,但是,如果这种热量没有被适当地散去,则元器件的工作温度将升高到最终可能导致故障的程度。可以使用热界面材料(TIM)来改善热量到散热器的传导。在此过程中,热量通过对流散发到周围的环境中。 TIM的使用提高了热传递效率,而且通过帮助降低特定器件或整个PCB的工作温度还提高了设备的效率,从而减少了能耗。TIM提供一个很好的折衷方案,以提高性能而不会增加电路板重量或尺寸的负面影响。这为PCB设计人员提供了额外的热管理选项。


热管理产品的类型也会对热传递效率产生影响。对于这些产品,尤其是在使用TIM的情况下,产品的施加厚度会影响界面处的热阻。通常TIM被设计得很薄,甚至设计为薄膜。对于任何导热材料,确保设备和散热器之间的接合处完全填满,并排出所有空气是非常重要的。确保所有空气从接合处排出,可降低热阻和设备工作温度。导热传热化合物将具有比散热器材料更低的导热率。因此,尽可能保持界面处的薄膜厚度将降低热阻,进而降低工作温度。


TIM的范围从导热膏/油脂,粘合产品(例如RTV和化学固化化合物)到固体间隙垫片。相变材料是TIM技术的较新的例子,旨在将使用导热胶实现的极低热阻与固化或固态材料(例如RTV或间隙垫)的稳定性相结合。在使用期间,性能会根据应用环境的温度从固体变为液体,然后再次改变状态。每种相变材料将具有其自己的活化温度,在该温度下会发生状态变化。一旦达到此温度,相变材料就会变得更软,以此将使产品完全符合基材的轮廓,并以最小的结合线厚度填充界面。反过来又会导致非常低的热阻,并使传热效率最大化。


Electrolube产品已用于电力电子应用的一些例子包括配电产品中IGBT的TIM,间隙填充和TIM应用,以将部件的热量从部件传递到各种汽车设备(如蓄电池充电器)的外部金属外壳,以及TIM用于LED广告牌驱动器内的散热。所有这些应用都提出了自己的挑战。 IGBT的表面积很大,并且会发生热循环,通过CTE的变化产生泵出/剪切效应。泵出可能是一个重大挑战,但可以通过一种产品来缓解,该产品可防止热界面层从结合线中泵出,从而确保有效散热的最小退化。汽车行业的间隙填充应用会受到许多不同环境以及振动的影响。这些应用都没有持续稳定的环境条件,这使我们进入了本讨论的下一部分,即电力电子的保护以提高可靠性。


成品单元或PCB将在标准环境条件下运行,但是,总会有外部因素,例如冷凝,腐蚀性气体,盐雾,空气传播的污染物和热变化,这会影响设备的使用寿命。 保形涂层和封装树脂等产品可用于保护PCB免受这些外部影响,进而提高可靠性和使用寿命。 电力电子技术在效率方面进一步提高了对性能的期望,每个细节都很重要,包括使用接触润滑剂来保护电触点和连接器以确保稳定的电传输。


在电力电子设备中使用Electrolube产品以改善设备寿命和可靠性的两个例子包括用于数字变电站中的电力控制单元的保形涂层和用于封装太阳能逆变器的树脂。 这两种应用都有其自身的挑战。 太阳能逆变器还需要通过封装树脂进行散热,以将组件的工作温度保持在所需范围内。 电力控制单元的涂层不仅需要提供防潮和防腐蚀性气体的保护,还需要在复杂的PCB设计上快速简便地应用,因为在这些设计中,连接器不能被保护涂层覆盖。因此,彻底了解环境条件是成功选择保护型化合物的必要条件。

总而言之,电力电子产品显然是一个快速扩展且至关重要的市场。 如果我们要实现更节能的未来目标,则必须将注意力集中在一些细微的细节上,这些细节起初似乎微不足道,但最终将使电力电子器件在众多应用中发挥作用。 了解电力电子器件的应用条件是提高电力电子器件效率和可靠性的关键。最后,通过在整个设计过程中的协同工作,我们可以进一步改进这个行业已经取得的进步。

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  • zwjiang Lv8. 研究员 2021-04-17
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