7.6.2. Влияние электроизоляционных прокладок на тепловое контактное сопротивление
Для изоляции корпуса транзистора от теплоотвода применяют различные прокладки, имеющие хорошие изоляционные и теплопроводные свойства. Иногда применяют слюдяные прокладки, но они хрупкие и имеют низкую теплопроводность.
Замена слюды тонкими пленками толщиной 10...20 мкм позволяет улучшить тепловой контакт, так как сама прокладка практически не имеет неоднородности по толщине, что уменьшает эквивалентный зазор. В настоящее время применяют слюдяные прокладки толщиной не более 0,025…0,050 мм (ГОСТ 7134-64), прокладки из оксидированного алюминия, лавсана, тефлона, полиэтилентерефталатные пленки ПТЭФ, прокладки на основе окиси бериллия (МРТУ-95-105-68).
Рис. 7.6.3. Графики зависимости температуры корпуса транзистора П210 от мощности рассеяния при наличии различных прокладок или шайбы между транзистором и теплоотводом: 1 - слюдяная прокладка, 40 мкм; 2 - лавсановая прокладка, 60 мкм; 3 - шайба из оксидированного алюминия, 0,75 мм; 4 - шайба из оксидированного алюминия, 0,5 мм; 5 - лавсановая прокладка, 30 мкм; б - без прокладки
На рис. 7.6.3 приведены графики зависимости температуры корпуса транзистора П210 от рассеиваемой мощности при наличии электроизоляционных прокладок различной толщины. Окись бериллия является весьма прозрачным материалом для колебаний СВЧ даже при высокой температуре. Окись алюминия в этом отношении сравнима с окисью бериллия, которая менее прочна, чем окись алюминия, и легче последней на 30%. Удельное электрическое сопротивление окиси бериллия высокой чистоты при комнатной температуре очень велико (превышает 1014 Ом·м). Следует учитывать, что диэлектрическая постоянная окиси бериллия увеличивается с повышением температуры.
Применение прокладок вносит дополнительное тепловое сопротивление в зону контакта полупроводникового прибора с теплоотводом, вследствие чего повышается температура на корпусе полупроводникового прибора. Поэтому, выбирая способ его крепления, приходится идти на компромисс между требованиями, предъявляемыми к электрической изоляции и тепловому сопротивлению. Самыми теплопроводными пленками являются ПЭТФ и полиамидная ФТ-4.
Для снижения температуры полупроводникового прибора при наличии изоляционных прокладок целесообразно смазывать контактирующие поверхности полупроводникового прибора и прокладки, а также прокладки из теплоотвода. На рис. 7.4.6.3 приведены графики зависимости температуры корпуса транзистора П210 при наличии электроизоляционной прокладки и смазки. Как видно из графиков, бериллиевая смазка КПТ-8 может дать снижение температуры корпуса на 20°С.
Самым перспективным материалом для прокладок является керамика на основе окиси бериллия. Окись бериллия обладает всеми электрическими характеристиками, свойственными окисной керамике высокого качества, и в то же время имеет теплопроводность, присущую лучшим металлам. Теплопроводность окиси бериллия в 5 раз выше теплопроводности чистой окиси алюминия, которая среди обычных электроизоляционных материалов занимает по теплопроводности следующее место после окиси бериллия.
Использование прокладок из слюды и оксидированного алюминия не всегда можно рекомендовать; слюдяные прокладки толщиной 0,025…0,050 мм очень хрупки. Анодированное покрытие легко может быть поцарапано металлическими заусенцами и, таким образом, обнажится металлический алюминий. Замена слюды пленками типа лавсановой - ПЭТФ и Ф4 толщиной менее 10 мкм позволяет улучшить тепловой контакт, так как при этом сама изолирующая прокладка практически не имеет неоднородности по толщине.