王振平

交大-马赛工商管理硕士，Peters裴特笙中国区总经理

负责中国的业务和公司管理，在过去的10多年里，其管理过多个跨国公司，并具有丰富的涂层和胶水实践应用经验。

越来越复杂的电路，越来越小的电路板面积要求（微形集成化），从而导致其电子元器件的密度不断增加。高性能元器件在运作时会以热的形式产生很高的功耗，如果处理不当，则会因过热而引发电路板故障，严重时甚至会损毁元器件。为了避免发生这种情况，需要将产生的热能转移至环境中。在某些应用中PCB周边环境温度已经比较高，情况会变得更加棘手。

对于电路板的散热应用来说，金属散热片的使用是十分普遍的。这些散热片大多由具有良好导热性能的金属冷却元件组成，并与电路板相连接，其作用是将热能从热源传导并释放到外部空气环境中。

本文将介绍如何用丝印型导热油墨来连接传统散热片和PCB，达到散热的功能。

1、散热原理

热传导是一种能量传递，由原子和分子之间的相互作用而产生。不均匀的温度分布会导致热传导的发生，遵循热力学的第二基本原理，它总是由热区域流向冷区域。散热性能——热导率是一种特性，金属拥有最优异的散热性能，无机物位居第二，其次则是有机物和液体，而气体的导热性能是最差的。

图1 传统热传导

图2 导热油墨热传导

导热性能（I）和接触面积（A）能通过热阻（Rth）的比例减少来增加；而热阻Rth的增加与其厚度（t）成正比。通过研究发现，热阻Rth定义了材料阻值特性，而且热阻Rth取决于材料本身。

热阻抗Rθ的特性与抗热性相似，但它取决于接触面积，其中包括界面的热传递效果。这取决于：

1. 发热源和散热片之间的接触方式；

2. 接触压力；

3. 导热材料（TIM）的表面。

图3 导热油墨与散热片

一个重要特征是界面上的热传递效果，这种特性产生于金属散热片和热界面材料（TIM）之间。因此，长度为10厘米的导热体具有比两根相同材料，使用机械连结的5厘米导热体有更好的导热性能。

在热力学中，用传热系数的方式来计算或者用导热阻值计算，它与每个导热体表面的粗糙程度有关。在固体表面直接接触的情况下，微小的空气杂质减少了“真正的”接触面积，导致热量仅能通过减少的导热面积传导。

2、关于导热油墨在绝缘金属基板（IMS）上的应用

2.1在IMS-PCB上的热传导路径

在典型的IMS应用中，元器件比如高功率LED所产生的热能通常会被传导到PCB中的铝层并散发出去，即便如此，连接部分热源至更进一步的冷却单元依然是非常有利的。

在对电路进行模拟分析的基础上，专家发现热阻抗存在于串联或并联的线路中。需要特别注意的是最高热阻与传热阻力，因为他们会最终决定整个热量的流向。

2.2 不同热界面材料的比较（TIM）

除了对界面抗热性能的测试外，还需特别关注热界面材料本身。尽管传热系数是非常重要的参数，但是在应用当中，热界面材料的厚度同样具有很高的相关性。

图4 组装了IMS 基板的LED

右：以热量从IMS 传导到散热片的路径为蓝本的等效电路图（ 来源：ZFW - Zentrum für Wärmemanagement Stuttgart）

丝网印刷散热油墨是一种新技术解决方案，这种散热材料能提供良好的绝缘和阻焊性能。ELPEPCB®中的丝网印刷导热油墨TIP2740这项产品由德国Peters裴特笙与意大利企业Serigroup s.r.l(PCB制作商)共同合作研发。

该产品的应用和固化由PCB制作商在指定的电路板位置上完成，而且工序先于焊接。成品打造完成后，最终使用者会收到印好了散热油墨的产品。

在经过丝网印刷和固化后，散热油墨的厚度会介于50到70微米之间。

即使处于永久的热循环，由于散热油墨解决了抽空问题，PCB依然能保持优异的热耦合性能。

与金属散热片相比，最终成本得到了很大程度的消减，原因如下：

1. 选择性丝网印刷工序保证了百分百的材料利用率；

2. 无预切割成本；

3. 更简易的装配程序，之后只需焊接和机械固定。

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