【经验】在功率模块中预先使用相变材料（PCM）的优势和模块处理技巧
使用相变材料（PCM）而不是常规导热油脂作为电源模块和散热器之间的热界面材料（TIM）有多个优点。VINCOTECH提供带有一层预先应用PCM的功率模块，散热接口通过丝网印刷将材料均匀地涂在同一层上。本文档描述了这种相变材料的优点，并提供了处理模块的技巧。
引言
热量必须从模块传递到散热器，而热界面材料是完成工作的必要手段。但是，如果该层太薄或太厚，则热阻会增加。Vincotech通过使用预先施加的相变材料层支持模块来解决此问题。模块的大小和技术决定了层的厚度。相变材料在室温下为固体，因此在运输，处理和应用过程中无需特别注意。由于其触变性的一致性，该材料软化但在焊接过程中加热时不会流动。仅当电源模块的相变材料在焊接过程中或焊接后立即与其他物体（例如，焊炉的地毯）接触时，才需要保护表面。 丝网印刷过程非常精确，从而使传热能力最大化。客户无需承担施加热界面材料的任务，从而节省了时间并降低了故障风险。
相变材料
Vincotech使用乐泰PSX-Pm相变材料。它具有可以通过丝网印刷或模版印刷来施加的优点。在施工过程中它是流体，并且会随着时间和温度而变干。一旦相变材料固化，就可以像任何常规模块一样处理。主要优点包括：
更快，更容易的模块安装
最佳的热界面材料厚度
提高了Rth并降低了DBC破解的风险
简化生产； 无需丝网印刷设施
自动丝网印刷，以实现最高可靠性
没有涂抹导热膏的风险； 材料在室温下为固体
适用的标准焊料曲线（例如J-STD-001，J-STD-003）
与压配合销兼容
下表列出了相变材料的物理和热性能。
表1
带有预应用PCM的Vincotech模块
Vincotech为模块提供了预先涂有相变材料层的模块。所有模块均通过UL认证；因此，具有相变材料的模块也获得了UL认证。 它们装在带有保护盖的标准泡罩盒中。
图1：在泡罩中施加了相变材料的模块
在以下情况下，必须将模块存储在吸塑盒中：
温度：-25°C <T <60°C
相对湿度：10％<rH <95％
老化影响尚不清楚。对该化合物进行了一系列测试，以验证其可靠性。
表2
所有模块均应用了相变材料，并垂直安装在铝的散热器上。下表和图形显示了所施加的图案，厚度和尺寸丝网印刷后，模块背面的相变材料。
图2：丝网印刷后的尺寸和图案
印刷相变图案右上角的小三角形是用于将压入工具对准带有压入配合销的模块的四个角标记之一。
损坏的PCM层/允许的偏差
表3：允许的损坏
安装/组装
可以在将模块焊接或压入模块之后将其安装到散热器上。该过程与外壳规格或操作说明中描述的标准安装过程相同，不同之处在于：可以拧紧散热器上的螺钉。 在一个步骤中，相变材料在室温下为固体，因此可以立即拧紧螺钉，而不必给材料任何松弛时间。下图是一个组装有熔化相变材料的模块，作用于检查块。
图3：模块组装到检查块
操作
初次启动时，系统的结点与散热器之间的Rth不带软材料将比操作系统高10％到15％；也就是说，模块在高于45°C的温度下运行且相变材料已达到其最终厚度的系统。较高的Rth值不是问题，因为散热器温度低于45°C至50°C（芯片无法过热的状态）。熔化时间是温度和温度变化速度的函数。材料将除非施加热和力，否则不会流动。
图4：热阻与散热器温度的关系
安装模块后，应加热系统（例如，在系统的老化测试期间），同时留出足够的时间使相变材料熔化。 如果PCM的温度超过45°C，则材料将熔化，填充间隙，并在短时间后在模块和散热器之间提供最佳的热连接。不必再次拧紧螺丝。
图5：厚度随时间减少
上面的曲线显示了随着散热器温度的升高，厚度如何减小。速率为15 K / min。温度开始于35°C。施加到相变材料上的力大约为100 kPa，低于流量模块的压力处理能力，因此留有一定的安全余量。当温度降至45°C以下时，相变材料将返回其固态。这意味着材料的相变每次达到45°C时都会改变。
拆卸/重用
从散热器上卸下模块时，无需特别注意。只需松开螺钉，然后用刀子将模块从散热器上提起即可。可以使用标准的异丙醇或其他性能相似的酒精清洁模块的背面和散热器。为此，最好使用无纺抗静电超细纤维布。 建议不要先清洁模块再使用它。下图显示了已运行的拆卸后模块及其散热篇。
图6：拆卸后的模块及其散热片
可以在重新安装模块之前使用上述标准导热油脂或乐泰相变材料。
标签和标记
图7：纸箱标签
模块上印刷的部件号并不表示这些模块随附预应用相变材料。
图8：印在模块上的部件号
RoHS的前缀“ 03”表示该模块的版本状态为03，没有取决于它是否带有预先施加的相变材料。
结论
Vincotech提供的模块具有预先施加的相变材料。此PCM适用于丝网印刷工艺，可确保最佳且始终如一的层厚。这个相变材料是触变性的，因此如果不施加压力就不会流动。可以使用标准的焊接轮廓。盖子或箔可以防止相变材料的表面与焊炉的地毯接触。兼容带有压配合销和相变材料的功率模块。
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