【经验】800W功率PCB与水冷板之间热界面材料选用分析

时间： 2020-03-31 来源：世强

技术问答

我们在工程上碰到一个案例，按照客户要求一块PCB上有50pcs芯片，单个芯片的热损耗功率按8W计算，芯片尺寸大小8mmx 8mm, 系统内有两片PCB，总热损耗功率则为800W。生产商为了解决PCB散热难问题，采用三个水冷板之间夹两片PCB的水冷设计。芯片高度为0.6mm, 由于PCB生产工艺导致芯片之间存在高度公差约0.1~0.2mm。水冷板本身也有平面度公差0.1mm，导致每个芯片的高度公差不一，不仅PCB本身增大其热传导系数，而且PCB双侧设计水冷板散热，然后在发热元件与水冷板之间用导热界面材料减小发热元件与散热器之间的接触热阻，提升散热效果。

那如何设计800W功率PCB与水冷板之间的热界面材料呢？

为减小水冷板与芯片之间的接触热阻，降低温差，并填充二者之间的公差间隙，保证每个芯片与液冷板100%接触，热界面材料的选择至关重要。如果选用常规的5W/mK的热界面材料，CFD仿真显示，仅仅热界面材料的温差是12.5℃。如果选用Aavid高导热系数材料（如11W/mK），在同样厚度下可降低温差至5.7℃。同时考虑液冷板与芯片配合的公差要求，需要材质柔软，压缩比高的材质。

根据热力学热传导公式：

得出热阻计算公司为：θ＝L/(λS) ，注：L为材料厚度，λ为导热系数，S为传热面积

热界面材料产生的热阻与材料厚度成正比，与材料的导热系数成反比，即材料越薄越好，在不考虑价格影响的前提下，导热系数越大越好。

针对这些要求，推荐爱美达 Transtherm®导热间隙填料——TBL或TBS。

· TBL或TBS导热系数为11W/mK，极大的降低了芯片与水冷板之间的温差；

· TBL或TBS厚度在0.5~3.0mm之间，多种厚度可选；

· TBL或TBS 可以切割成任意形状，小块状或者条状，方便安装；

· TBL（ Shore 70，软)或 TBS（ Shore 40，特软）满足不同平面度芯片的需要。

其高导热系数和高柔软度，非常适合于多芯片PCB或配合公差大的项目应用。热界面材料直接作用于降低传导热阻，最终降低芯片温度，改善热性能。

其高柔软度和高压缩比，非常适用于界面间存在很多凹凸不平的空隙，以降低接触热阻。其良好的导热性能、绝缘性能，能有效将热量及时的传导出去，避免局部过热。

以Boyd Aavid 为例，选择材料时主要考虑以下几点：

1.单面或双面粘性；

2.Total Thickness，可选择厚度范围；

3.Breakdown Voltage，击穿电压，取决于芯片抗击穿电压要求;

4.Thermal Conductivity, 材质本身热传导系数；

5.Shore Hardness, 硬度，根据装配公差，来选择适合压缩比的材质；

6.Flame Rating UL 94，防火等级。

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神灯 Lv3. 高级工程师 2024-07-12

学习，感谢
ybgy Lv7. 资深专家 2021-10-28

学习

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代理协议/证明 - 爱美达 - 2019年7月（July 2019） PDF 中英文下载