富士电机TIM预涂IGBT 模块

安装IGBT 模块时，为迅速传导IGBT 模块所产生的热量，在散热片与IGBT 模块间涂布导热硅脂。现在要求IGBT 供应商涂布此导热硅脂的顾客不断增加。为满足该需求，开发出使用相变型导热界面材料TIM（Thermal Interface Material）的预涂IGBT 模块所采用的TIM 拥有传统材料3 倍以上的散热性能，并且能在45℃左右液化，更低温度下固化，运输起来更加方便。从而使IGBT 模块的散热性和可靠性（热管理）得以提高。

　1. 引言

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）模块在太阳能发电和风力发电等可再生能源、汽车、工业机械、社会基础设施等领域是重要核心零部件之一。在改善IGBT 模块特性方面，减少损耗，提高散热性和可靠性非常重要。本文将针对实现散热性和可靠性提高（热管理）的TIM（Thermal Interface Material）预涂IGBT 模块进行介绍。

　2. 开发背景

IGBT 模块转换电力时所发生的损耗是作为热量排出的。散热性会对产品寿命和电力转换装置的性能造成巨大影响。通常安装前会在风冷或水冷散热器和IGBT 模块间涂布导热硅脂。多数情况使用称为1 W 材的传热系数1 W/（m·K）左右的导热硅脂。此时涂布图样和涂布量将非常重要。近年来为省去对涂布工具和专用设备的投资，要求IGBT 模块供应商预涂导热硅脂的顾客不断增加。富士电机为满足这种需求，开发出TIM 预涂IGBT 模块。该模块采用具有传统材料3 倍以上散热性能的3 W 材，另外考虑到要方便运输，没有采用传统的导热硅脂，而是采用了能在45 ℃左右液化更低温度固化的相变型导热界面材料TIM。
一般情况下，相变型TIM 难以控制湿润扩散性，但使用富士电机设计的丝网可以解决此问题。

　3. 相变型TIM 的特点
这次开发的预涂IGBT 模块的最大特点是采用了相变型TIM。此TIM 具有以下性质。

　a）初期为脂状。

　b）通过加热等方式除去挥发性溶剂后会变成橡胶状。

　c）再高于一定温度后，又会从橡胶状变回脂状。

此TIM 的使用步骤如下。

　a）将脂状TIM 涂布于IGBT 模块背面。此时使用丝网进行涂布，以保证厚度均匀。　通过加热除去挥发性溶剂，使其变成橡胶状。由于TIM 已经固化，因此可以进行包装运输。

　b）在常温下安装到散热器上。

　c）元件启动使IGBT 模块温度上升，TIM 变成脂状，均匀扩散到散热片上。

实际使用步骤如图1 所示。

相变型TIM 和传统导热硅脂的比较结果如表1 所示。导热硅脂的热导率为0.9 W/（m · K），而相变型TIM 则为3.4 W/（m ·K），热导率大约3.8 倍。