用环氧树脂或聚氨酯灌封的电路中的散热

导热性是灌封或铸造包含发热元件的电子模块的重要考虑因素。各种设备在运行中产生的热量必须消散,以免超过电路中最敏感元件的最大工作温度限制。热能从热流向冷意味着设备和周围空气(环境)之间必须存在温差才能传递热量。温差越大,可能的热传递就越高,反之,温差越小,传递的热量就越少。另一个考虑因素是可用于将热量散发到周围环境空气中的总表面积。这里,表面积越大越好。市售的散热器通常包含“翅片”以增加可用于传热的表面积。较大的表面积将在运行中保持较冷,并会导致热源和散热表面之间的温差更大。由于空气的导热性很差,因此大多数电气和电子模块都填充或包裹在“导热”环氧树脂或聚氨酯化合物中。除了改善热传递外,这些材料还为设备提供出色的机械和电气保护。

材料考虑

必须考虑系统中从热源到散热表面的所有不同材料“层”。必须特别注意灌封或浇注化合物以及外壳材料(如果有)的导热性。一般来说,专门配制的塑料或金属外壳是最好的。专为改善导热性而配制的环氧树脂或聚氨酯化合物是最佳选择,因为它们具有出色的电绝缘性和非常好的导热性。导热化合物包含特殊的填料组合以增强热传递。从电气和热的角度来看,不含填料的环氧树脂和聚氨酯化合物都具有出色的绝缘性能,因此未填充的系统不是特别适合散热。由于大部分热量将通过填料颗粒传递,因此填料含量越高越好。最好的导热性是通过使用金属填料获得的。不幸的是,金属填料赋予导电性,这在电气和电子应用中不是理想的副作用,因此必须使用其他类型的填料。在配制过程和应用过程中必须尽量减少空气滞留。滞留的空气是热的不良导体,因此会阻碍热传递。

取舍

与任何制造过程一样,需要考虑许多权衡以获得处理和性能的最佳组合。例如,高度填充的系统最适合传热,但在加工过程中很难混合、倾倒和排气。下表提供了要考虑的关键属性的摘要:

  • 混合和分配
  • 去除铸件中的空气
  • 收缩率
  • 热膨胀
  • 抗热震性
  • 抗冲击性
  • 粘合强度
  • 体积电阻率
  • 耐电弧性
  • 介电常数
  • 由于粘度高,难度更大
  • 由于粘度较高,难度更大
  • 显着减少
  • 减少
  • 一般改善取决于填料负载
  • 取决于系统类型和使用的填料
  • 通常更好,因为收缩率较低
  • 取决于所用填料和液体成分的类型。
  • 用电气级填料改进
  • 增加

这个想法是以最少的填充量为给定回路获得所需的热传递,以实现最佳的处理特性和固化特性。在电子电路中,最高允许内部温度由电路中最高工作温度最低的器件决定。例如,必须考虑半导体器件的最高结温或电容器的最高工作温度等。成品模块的最高工作温度必须使得从内部源到外壳外部仍然保持温度梯度。外壳本身也必须由具有合理导热性的产品制造。金属外壳最适合最佳散热,或者应使用适当尺寸的散热器以确保充分散热。

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