在功率半导体模块应用中，通常都会采用导热硅脂将功率器件产生的热量传导到散热器上，再通过风冷或水冷的方式将热量散出。在实际应用中，许多热设计工程师更多地关注散热器的优化设计，而忽略了导热硅脂的正确使用。殊不知，正确地使用导热硅脂不但能提高功率模块的散热能力，还能提高产品的可靠性。
对于功率模块，选用哪种导热硅脂？采用哪种涂抹方式？要涂抹多厚？这些都是我们常见的问题。
1、导热硅脂在功率模块散热系统中的作用
在功率模块散热系统中，芯片是发热源，通过多层不同材料将热量通过冷却剂导出系统，其中每一层材料都有不同的导热率。功率模块基板及散热器多使用铜和铝等金属材料，铜的导热率约为390W/(m.K)；铝的导热率约为200W/(m.K)。这些金属材料的导热率都非常高，表示其导热性能非常好，那为何还要在功率模块与散热器之间使用导热率只有1~6W/(m.K)的导热硅脂呢？

图 模块基板和散热器接触微观图
原因在于，当两个金属表面相接触时，理想状态为金属表面直接接触，实现完全金属-金属接触，但在现实中两金属表面之间并不能形成直接接触，微观上两金属表面间存在大量的空隙，如图所示。这些空隙充满着空气，而空气的导热率只有约0.003W/(m.K)，导热能力非常差，导热硅脂的使用就是为了填充这些空隙中的空气，同时保持既有的金属-金属接触，以达到系统的最优散热性能。
2、导热硅脂的厚度
导热硅脂的厚度直接影响模块基板到散热器的热阻。如下图，导热硅脂既不能太薄，也不能太厚，而是要控制在一定的范围内。如果涂得太薄，金属接触面处空隙中的空气无法被充分填充，散热能力会降低；如果涂得太厚，模块基板和散热器之间无法形成有效的接触，散热能力同样会降低。所以，要将导热硅脂的厚度控制在理想值附近的一个范围内，来实现功率模块到散热器最优的热传导性能。

图 导热硅脂厚度和热阻之间的关系
3、导热硅脂的涂抹方式
在现有工艺条件下，导热硅脂的涂抹主要有三种方式：滚筒涂抹、丝网印刷和钢网印刷。
滚筒涂抹是最传统、也是最简易的涂抹方式，方法简单且成本低，适用于小批量生产。
丝网和钢网印刷则为均匀度和厚度可精准控制的涂抹方式，适合于大批量生产使用。丝网适用于硅脂厚度较薄的应用，而钢网适用于硅脂厚度较厚的应用。
4、导热硅脂的选择
导热硅脂的选择需要考虑很多因素，比如导热率、粘稠度、介电强度、挥发物含量及溢出和变干特性。
导热硅脂的导热率是一个重要指标，对于热设计而言，硅脂的导热率越高，越有利于功率模块的散热。但并不是说导热率越高就越好，高导热性能硅脂使用大颗粒填充物，这将限制硅脂涂抹时的最小厚度。而且，高导热率的硅脂的粘稠度也相对较大，不利于硅脂的扩散。
导热硅脂的介电强度与导热率刚好是相背的，也主要受填充物比例影响，所以高导热率硅脂的介电强度比较低，绝缘性相对较差，如果应用于无铜底板模块，硅脂可能会进入到硅胶中，这将影响模块应用的绝缘性能。
5、导热硅脂推荐

霍尼韦尔TG3000

霍尼韦尔导热硅脂TG5500

6、使用导热硅脂的注意事项
导热硅脂使用前准备：导热硅脂使用前需要充分搅拌直至颜色和粘稠度均匀。
导热硅脂存储及寿命：导热硅脂对存储条件例如温度和湿度有严格要求，规格书中一般会标注具体参数，同时会标注最佳使用截止日期。
导热硅脂涂抹效果评估：导热硅脂安装后，安装压力并不能完全使硅脂均匀分布，三个以上的温度循环将非常有利于硅脂分布。如果要评估硅脂涂抹效果，可以在温度循环后将模块从散热器上垂直拿开，直接观察硅脂分布而进行评估；如果需要定量评估，则需要对整个散热系统进行热阻测试，从热阻值可直接反映硅脂的涂抹效果。
导热硅脂擦除：在某些情况下需要将导热硅脂从模块基板或散热器上擦除，酒精或异丙醇是可行的擦除溶液，同时推荐使用无尘纸或无尘布进行擦除。