导热绝缘片怎么选?从耐压、厚度和基材说起

SELECTION NOTE / 选型起点

导热绝缘片主要用在发热器件与散热器、金属壳体之间,在传递热量的同时,把带电器件与金属结构隔开。电源模块、IGBT、MOS、马达控制器、车载电子等设备里都能看到这类材料。

它和普通导热垫片有一点不同。很多使用导热绝缘片的位置,本身就有明确的电气绝缘要求,材料除了要建立导热路径,还要承担绝缘、耐压和抗穿刺等作用。

实际选型时,通常要先看应用位置、电压条件和材料厚度,再结合安装方式,决定采用哪种结构的导热绝缘片。

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先看使用位置需要多大的绝缘能力

导热绝缘片常见的基材包括玻璃纤维、聚酰亚胺薄膜以及其他补强薄膜。基材不同,产品的耐温、绝缘、抗穿刺和操作性能也会有差别。

像IGBT、MOS管、电源模块、车载充电等位置,器件与散热器之间既要导热,又不能形成电气导通,因此击穿电压是一个直接需要确认的参数。

功率器件安装结构示例

— 功率器件安装结构示例

如果设备工作电压较高,或者器件与金属散热器之间的绝缘余量比较小,选型时就需要重点确认材料厚度与击穿电压是否满足设计要求。

对于高温、绝缘要求较高的结构,可以采用聚酰亚胺薄膜补强的导热绝缘片;普通电源、电机控制及其他常规电子设备,则可以根据实际耐压和成本要求选择玻纤补强产品。

材料最后是否合适,还是要回到具体的工作电压、安装结构和安全余量去确认。

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厚度不同,实际使用效果也会有差别

导热绝缘片通常做得比较薄,常见产品厚度只有零点几毫米。

对于这类材料,厚度一方面关系到器件与散热器之间的装配尺寸,另一方面也会影响产品的绝缘和热传导表现。

如果原有结构的间隙已经确定,替换材料时不能随意改变厚度。特别是一些功率模块、MOS或者IGBT直接通过螺丝压紧在散热器上的结构,绝缘片太厚或者太薄,都可能影响原来的装配状态。

所以客户在询问导热绝缘片时,我们通常会先确认几个信息:原来的材料厚度是多少、工作电压多少、器件面积多大,以及材料是通过螺丝压紧、背胶定位还是其他方式安装。

这些信息明确以后,材料范围基本就缩小了。

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PI膜和玻纤基材怎么选?

玻纤和PI膜是导热绝缘片里比较常见的两种补强方式。

玻纤补强产品具有较好的机械强度和操作性,适合电源模块、马达控制、一般功率器件等应用。如果项目本身对成本比较敏感,这类产品的选择范围也比较多。

PI膜产品通常做得更薄,在需要较高绝缘性能、较高耐温以及较好抗穿刺能力的结构中比较常见,例如部分功率半导体、车载电子和高端电源设备。

实际选型并不是简单地判断哪一种基材更好,而是看当前结构需要解决什么问题。

如果现有绝缘片经常出现安装破损、局部穿刺,或者产品对厚度比较敏感,可以重点评估薄膜补强结构;如果是常规绝缘散热,并且现有玻纤结构已经能够稳定使用,就没有必要把材料做得过于复杂。

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有些产品还要考虑背胶和安装方式

导热绝缘片比较薄,部分小尺寸材料在装配时容易移动,所以有些产品会增加背胶,用于贴装定位。

背胶主要是为了方便装配,并不是所有应用都需要。

如果绝缘片最后由器件和散热器压紧固定,材料本身已经有稳定的机械固定方式,就可以根据结构判断是否需要背胶。如果安装过程中需要先把绝缘片固定在指定位置,再进行后续组装,背胶会更方便。

另外还有一类具有较强粘结性的导热绝缘材料,可以在部分结构中减少额外机械固定操作。这类材料要结合具体粘结面积、使用环境和安装要求评估,不能只根据普通绝缘片的使用方式直接替换。

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四款导热绝缘片参数对比

目前傲川科技有多款导热绝缘片,可以根据导热、绝缘、厚度及安装方式进行选择。

导热绝缘片参数对比表

— 导热绝缘片参数对比表

这几款产品都可以用于电源模块、功率半导体、马达控制等位置,TC2000 还可用于车载充电等对热传导要求较高的应用。

如果项目目前使用的是上述 Bergquist 产品,不建议只根据型号名称直接替换。原有材料厚度、击穿电压、安装方式以及实际压合状态都需要一起确认,再进行样品测试和替代评估。

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导热绝缘片为什么容易出现耐压问题?

导热绝缘片很薄,内部如果出现明显气泡、孔洞或者局部缺陷,不仅会影响热传导,也可能成为绝缘薄弱位置。

这也是导热绝缘片生产过程中需要控制填料分散、混炼和涂布状态的原因。

傲川科技在材料生产中会根据产品要求对导热填料体系进行调整,并通过混炼、涂布以及玻纤或PI膜复合完成产品成型。对于不同产品,还会根据厚度、绝缘和机械性能要求选择相应的补强结构。

导热填料在高填充状态下如果分散不均匀,或者涂布过程中出现气泡、孔洞,都可能影响最终产品状态。玻纤或PI膜补强除了提高材料的操作性,也用于改善抗穿刺和绝缘性能。

产品开发完成后,还需要通过高温老化、冷热冲击、双85湿热等可靠性测试确认材料状态。对于长期使用的绝缘材料来说,初始参数合格只是第一步,老化后的绝缘和材料状态同样需要关注。

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实际选型前建议先确认这些信息

如果正在选择导热绝缘片,可以先把应用中的几个基本条件确认清楚:

需要先确认的基本条件

  1. 器件是什么类型,工作电压是多少;
  2. 发热器件与散热器之间的结构怎样;
  3. 现有绝缘片厚度是多少;
  4. 材料是否需要背胶定位;
  5. 产品对耐温、抗穿刺或者长期可靠性有没有特殊要求。

这些信息基本明确以后,再去匹配对应型号,会比直接从产品参数表里挑一个规格更容易。

对于现有材料需要国产替代,或者标准产品无法直接匹配的项目,也可以根据原有样品、结构尺寸和实际测试要求进行材料调整,再通过样品验证确认最终方案。