Warning: count(): Parameter must be an array or an object that implements Countable in /var/www/u0793407/data/www/yarst.org/plugins/content/jlcommentspro/helper.php on line 196

Использование полиамидной пленки вместо теплопроводящей электроизоляционной подложки КПТД-2/3

  IR000136Традиционно в качестве теплопроводящего материала для изоляции полупроводниковых приборов от радиаторов используются теплопроводные подложки КПТД-2. Данные материалы имеют ряд недостатков, важнейшим из которых является высокая цена.

   Специалистами ООО "ЯРОСТАНМАШ" проведено экспериментальное исследование по сравнению технико-экономических показателей традиционной теплопроводной подложки КПТД-2/3-0.2 производства ОДО "НОМАКОН" и полиамидной пленки толщиной 40мкм, при использовании последней в качестве электроизоляционной теплопроводной прокладки между корпусами полупроводниковых приборов (транзисторов, диодов и др.) и радиаторами.

   Теплопроводящая электроизоляционная подложка КПТД-2/3-0.20 "Номакон" выполнена из силиконовой основы, наполненной микропорошком нитридной керамики для увеличения теплопроводности. Для придания механической прочности в структуру материала включена стеклотканевая армирующая сетка. Тем не менее, материал является достаточно рыхлым, легко прокалывается и рвется, требует бережного обращения. Наибольший размер заготовок КПТД-2, производимых ОДО "НОМАКОН", составляет 160 х 780мм. Для предотвращения слипания отдельных листов материала друг с другом, подложки КПТД-2/3-0.20 поставляются с защитной полиэтиленовой пленкой:

IMG 3768 IMG 3772

   Полиамидная пленка выпускается в рулонах шириной до 1400мм, при неограниченной длине намотки. Материал является плотным, механически прочным, при разрезании не тянется, не деформируется. Пленка химически стойка к спирту, ацетону и др. растворителям. Образец для испытания имеет толщину 40мкм:

IMG 3773 IMG 3778

   Для сравнения данных материалов была собрана несложная экспериментальная установка, основными компонентами которой являются два транзистора IRFZ44N в стандартных корпусах TO-220, прижатые к общему радиатору (профиль АВ0094, длина 100мм) через тестируемые подложки: полиамидную пленку толщиной 40мкм (на фото слева) и КПТД-2/3-0.2 (на фото справа). Обе подложки перед монтажом транзисторов были смазаны с двух сторон тонким равномерным слоем теплопроводящей кремнийорганической пасты КПТ-8. Излишки пасты после монтажа транзисторов на радиатор были удалены ватным тампоном. Транзисторы прижаты к радиатору с помощью единого коромысла, обеспечивающего одинаковое усилие прижатия обоих приборов:

IMG 3750 IMG 3755a

   Чтобы обеспечить одинаковое выделение тепла в обоих транзисторах вне зависимости от внешних условий и температуры, транзисторы входят в состав двухканальной схемы потребления постоянного стабилизированного тока от внешнего источника питания. Каждый из двух транзисторов работает в своем канале независимо от другого. Каждый канал обеспечивает стабилизацию потребляемого им тока на уровне 2А при напряжении питания схемы от 7 до 30В, что соответствует тепловой мощности, выделяемой на каждом транзисторе, от 9 до 55Вт. Данная схема гарантирует одинаковое тепловыделение в обоих приборах и представлена на рисунке ниже:

SCH

   После монтажа компонентов на радиаторе, тестируемые подложки подверглись испытанию высоким напряжением величиной 1кВ на пробой. Испытание проведено с помощью прибора UT531, включенного в режиме мегомметра. Обе прокладки выдержали испытание. Суммарное сопротивление обоих подложек (включенных по электрической схеме соединения параллельно) составило более 650МОм:

IMG 3760

   Для измерения температуры поверхности транзисторов и радиатора использовался тепловизор Fluke Ti25. Поскольку поверхность радиатора блестящая и в ней отражается тепловое излучение окружающей среды, действительная температура самой поверхности радиатора не может быть адекватно измерена с помощью тепловизора. С целью матирования поверхности радиатора в месте измерения температуры, на него была наклеена полоска матовой пленки Oracal (светло-синего цвета на фотографиях ниже). По температуре этой полоски производилось измерение температуры радиатора.

   Поскольку тепловизор Fluke Ti25 выводит в численном виде три значения температуры: значение температуры в центре кадра, максимальную температуру в кадре и минимальную температуру в кадре, при измерении температуры менее нагретого транзистора, более нагретый транзистор закрывался ширмой (деревянной линейкой), чтобы температура менее нагретого транзистора казалась тепловизору максимальной и он выводил на своем экране ее численное значение:

IMG 3762 IMG 3766

   Эксперимент №1. Напряжение питания 15В. Тепловая мощность 25Вт на каждом транзисторе:

IR000139 IR000143

   Перепад температуры на подложке КПТД-2/3-0.20 толщиной 200мкм составил 106.1 - 49.1 = 57°С.

   Перепад температуры на полиамидной пленке толщиной 40мкм составил 81.1 - 49 = 32°С.

   Полиамидная пленка при заданных толщинах материалов показала меньшее тепловое сопротивление в 1.78 раза.

   Эксперимент №2. Напряжение питания 22.5В. Тепловая мощность 40Вт на каждом транзисторе:

IR000162 IR000161

   Перепад температуры на подложке КПТД-2/3-0.20 толщиной 200мкм составил 160.1 - 60.5 = 99.6°С.

   Перепад температуры на полиамидной пленке толщиной 40мкм составил 114.1 - 59.9 = 54.2°С.

   Полиамидная пленка при заданных толщинах материалов показала меньшее тепловое сопротивление в 1.84 раза.

   Анализируя полученные результаты измерений можно увидеть, что теплопроводность самого́ материала полиамидной пленки хуже, чем теплопроводность материала подложки КПТД-2/3-0.20, однако, благодаря более высокой механической прочности полиамидной пленки, толщина ее может быть значительно меньше толщины подложки КПТД-2, и общее тепловое сопротивление электроизоляционной прокладки из полиамидной пленки получается почти в 2 раза ниже.

   Полученные в ходе экспериментов данные сведены в таблицу:

Параметр, вид испытания

Подложка

КПТД-2/3-0.20

Полиамидная пленка

Примечание,

применяемый инструмент

Толщина, мкм

201

40

Микрометр 0-25мм, 0.001мм

Испытание на пробой при напряжении 1кВ

выдержала

выдержала

Мультиметр UT531

Перепад температуры между корпусом TO−220 и радиатором при тепловой мощности 25Вт

57°С

32°С

Тепловизор Fluke Ti25

Перепад температуры между корпусом TO−220 и радиатором при тепловой мощности 40Вт

99.6°С

54.2°С

Тепловизор Fluke Ti25

Механическая прочность

низкая

высокая

 

Удобство монтажа

низкое

высокое

 

Стоимость

высокая

низкая

 

   Выводы.

  1. Применение полиамидной пленки толщиной 40мкм вместотеплопроводящей электроизоляционной подложки КПТД-2/3-0.20 позволяет снизить перепад температуры между корпусом полупроводникового прибора и радиатором в 1.8 раза;
  1. Полиамидная пленка является более прочным и более удобным для монтажа материалом, чем теплопроводящая электроизоляционная подложка КПТД-2/3;
  1. Стоимость полиамидной пленки на порядки меньше стоимости электроизоляционных подложек КПТД-2/3.

   На основании проведенных экспериментов можно дать однозначное заключение: полиамидная пленка толщиной 40мкм рекомендована как замена подложек КПТД-2/3-0.20 в качестве электроизоляционной теплопроводящей прокладки для монтажа полупроводниковых приборов на радиаторах.


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Яростанмаш

Наше предприятие специализируется на разработке и производстве приборов и оборудования для испытания различных химических источников тока (аккумуляторов, ионисторов, гальванических элементов и др.), в том числе изготавливаемого на заказ под индивидуальные требования.

2009-2021г.  © ООО "ЯРОСТАНМАШ"