陶瓷垫片在大功率电源产品中的应用

4.3、热设计和结构设计注意事项

常用的陶瓷垫片类型有单片、双片等。双陶瓷垫片主要用于两个功率MOS 管并联安装使用。图5给出了双陶瓷垫片在PCB 和结构设计上的各个参数及其尺寸大小（以TO-247封装功率MOS管为例）。

⑴双陶瓷垫片两个开孔的距离是固定的，因此在PCB 设计时要保持两个MOS 管的中心距离为19mm；结构设计时，散热器上两个MOS 管的开孔距离为19mm。  

⑵如果两个功率MOS 管功耗较大，且散热器安装在PCB 底部，MOS 管的边缘距离散热器的边缘不可太近，具体要根据热仿真分析的结果来定该尺寸的大小，否则散热效果会大大打折扣。



图5 双陶瓷垫片在PCB 和结构设计上的各个参数及其尺寸大小

5、陶瓷垫片在电子负载中的应用

某电子负载（模块电源高温老化专用负载）共有16路，每路工作电流为10A（每路用一个功率MOS管做电子负载），每个功率MOS管的功耗高达32W，必须采取有效的散热措施来确保功率MOS管安全可靠地工作。因整个系统的功耗非常大，所以采用了4个150mmx120mm大型铝散热器（厂家无法加工一个长型铝散热器，所以用4个铝散热器替代），散热器位于PCB底部。功率MOS管选用IRFP150P（TO-247封装），将其卧倒安装在底壳散热器上，其导热材料选取了高导热性能的陶瓷垫片（普通导热垫片无法满足设计要求）。因产品无需做加强绝缘处理（内部电路对外壳电压差为10V"65V），故采取了镙钉方式固定功率MOS管，满足功能绝缘即可。

表1给出了该电子负载在常温25℃、风冷条件下的工作温度。从表1中的数据得出：功率MOS管的工作温度在45.3℃"66.3℃之间。该电子负载要求在高温65℃的条件下工作，则要再加上40℃的温升，可得出功率MOS管的工作温度在85.3℃"100.3℃之间，所有功率MOS管（其最高工作温度为160℃）的温升都在允许范围内。说明陶瓷垫片的导热性能非常优异，能满足大功率电源产品的散热要求。  

表1 电子负载在常温25℃、风冷条件下的工作温度



6、结语

采用陶瓷垫片作功率器件和散热器之间的导热材料，具有导热效率高、耐高温/耐高压、受热均匀、散热快、结构简单紧凑，在大功率电源产品中具有广泛的应用前景。本文分析了陶瓷垫片的性能特点，并对它在电源产品应用中的安规、工艺、结构等设计进行了探讨，最后给出了在电子负载（模块电源高温老化专用负载）上的应用结果。