高导热胶材如何破解磁集成散热困局?
目前,市场上应用广泛的单模块功率主要有20kW、30kW和40kW,其中30kW模块电源应用最为普遍,而40kW模块电源的出货量也在逐月攀升。未来,充电桩模块电源将朝着60kW甚至更高功率的方向发展。
然而,随着功率的提升,模块电源的体积和成本也会相应增加。在此背景下,磁集成技术作为一种有效的解决方案,可将成本降低20%-30%,体积缩小20%以上。
但磁集成后,散热面积减小,热量却未减少,散热条件变得更加严苛。若不进行针对性的散热优化设计,散热问题将成为制约磁集成技术发展的关键瓶颈。
导热胶材 图源:佳迪官网
01 高导热胶作为磁元件散热方式之一,前景大有可为
目前行业内主流的散热方式有风冷散热、液冷散热、热管散热、导热材料散热。
其中导热材料散热是在磁元件与散热器之间使用导热硅胶片、导热胶等导热材料。这些材料能够填充两者之间的微小空隙,提高热传导效率,确保热量能够快速从磁元件传递到散热器。
在磁芯的粘合过程中使用高导热胶,相较于传统的胶带粘合方式,高导热胶能够显著降低磁芯之间的热阻。当其中一个磁芯安装散热器时,高导热胶可以确保两个磁芯之间的温度梯度较小,从而有效避免因温度差异导致的铁氧体破碎以及性能下降,进而提高磁元件的散热效率和整体可靠性。
导热胶材 图源:佳迪官网
“随着充电桩模块电源的热流密度越来越高,对导热胶的散热与可靠性要求越来越高。高导热胶的未来市场前景大有可为,”东莞市佳迪新材料有限公司(下称“佳迪”)营销总监游展源说道。
02 佳迪高导热胶材可将散热效率提高11倍
佳迪旗下的导热胶材主要包括导热凝胶系列和导热硅脂系列。这两种材料均为常见的导热材料,它们在充电桩模块电源中发挥散热功能的方式有所不同。
- 导热凝胶
导热凝胶通常由交联的聚硅氧烷网络和导热填料组成,具有较高的稳定性和长期可靠性,不易因温度变化或时间推移而失效。其质地较为柔软且具有的粘弹性,能够更好地适应不平整的界面,填补较大的缝隙。
导热凝胶 图源:佳迪官网
导热凝胶一般采用针筒包装,可通过自动点胶工艺施工,实现自动化生产。在充电桩模块电源中,导热凝胶可以为发热元件提供稳定的散热效果,尤其适用于一旦安装后难以维护的场合。
据游展源向《磁性元件与电源》介绍,导热凝胶通过点胶机点在发热器件或散热器表面,然后完成发热器件与散热器之间的装配。如果是单组份的导热凝胶,则不需要固化,可直接投入使用;如果是双组份的导热凝胶,可选择在装配后进行常温固化反应,或者在高温下进行固化反应,以满足不同的工艺需求。
- 导热硅脂
导热硅脂则是一种膏状液态材料,主要由硅油和导热填料(如氧化铝、氮化硼等)混合而成。它具有良好的流动性和导热性,能够有效填充模块电源中发热元件与散热器之间的微小空隙,从而减少热阻,散热效率可提升11倍。
导热硅脂 图源:佳迪官网
导热硅脂可以直接选用刮板和钢网进行刮涂,从而快速、均匀地完成施胶过程。其优势在于热阻更低,热阻可以做到0.006℃·in²/W,更易刷涂,耐温更好,3W/m·K的硅脂可以耐温150℃以上,在长期高温工作状态下应用不变。
据游展源介绍,佳迪3W导热硅脂JD-104-H具有热阻低、粘度低、绝缘、耐高温、抗干裂等优点,在150℃/1000h的高温老化测试中无变干现象。具体性能测试结果如下:
具体性能测试结果如下:
总体而言,在充电桩模块电源中,导热硅脂适合用于需要快速散热且便于维护的场景,而导热凝胶则更适合长期稳定运行且对可靠性要求较高的应用。
结语
随着充电桩模块功率的持续提升,散热问题已成为制约磁集成技术发展的关键挑战。佳迪的导热凝胶与导热硅脂通过差异化的材料特性,为不同应用场景提供了针对性的解决方案。
目前,佳迪导热胶材已覆盖1~12W/m·K的导热性能范围,并持续推进14~15W/m·K的高性能产品研发。未来,面对60kW及以上大功率充电桩的需求,佳迪将继续优化材料配方与工艺适配性,在提升导热效率的同时,进一步强化自动化生产与耐候性能,为行业提供更高效、可靠的热管理支持。
技术的迭代离不开材料的创新。在充电桩迈向高功率化的进程中,佳迪的探索与实践或将为散热难题提供更多可行路径。
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