导热硅脂定量涂覆装置和定量涂覆方法与流程

本发明涉及一种用于向散热板表面定量涂覆导热硅脂的装置和相应的定量涂覆方法，属于组装发热电气元件的机械工装和工艺，尤其适用于采煤机变频器的水冷散热板。

背景技术：

采煤机用变频器的散热多采用循环水冷却方式，变频器的大功率发热元器件igbt模块组装在铝制散热板上，由于igbt模块产生的热量是通过散热板传递给循环水，所以igbt模块与散热板间的热量交换效率决定了变频器的散热能力。

igbt模块与散热板间的热量交换效率与二者间导热硅脂膜层厚度的直接相关：膜层厚度过薄就会夹杂空气，由于空气热阻远大于导热硅脂，所以就会降低热交换效率；膜层厚度过厚，也不利于热量快速交换，会降低热交换效率。

热交换效率低，容易导致热量聚集。一旦热量聚集会将变频器的igbt模块烧毁，造成采煤机停机故障，影响煤矿的正常安全生产，造成很大的经济损失。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种导热硅脂定量涂覆装置和定量涂覆方法，能实现导热硅脂的定量涂覆，因此可以实现对导热硅脂膜层厚度的精确控制，使igbt模块与散热板间的热交换效率达到最佳。

本发明的主要技术方案有：

一种导热硅脂定量涂覆装置，包括筛网板，所述筛网板上设有多个网孔，所述网孔全部集中布置在同一个区域或分散布置在多个不同的区域，所述筛网板的厚度d＝s＇*d/s3，其中s＇为任意一个所述区域所对应的待涂覆表面的实际待涂覆面积，s3为该区域内所有网孔的总面积，d为该区域所对应的待涂覆表面将要安装的发热电气元件所需要涂覆的导热硅脂的理论厚度，所述网孔呈正六边形，同一区域内的所有网孔同方向成排布置，同一排相邻两个所述网孔边与边平行正对，相邻两排中一排网孔正对另一排网孔间的空隙。

所述筛网板优选为铝制平板，所述网孔优选由激光切割形成。

所述筛网板上可以设有若干定位孔。

所述导热硅脂定量涂覆装置还包括边框，所述边框相对固定在所述筛网板的边缘，所述筛网板可以通过螺钉紧固或胶粘的方式与所述边框相对固定成一个刚性整体，所述边框上的左右两处均设有把手。

对于每个所述区域，越是与发热电气元件上发热量较大部位相对应的位置，所布置的网孔越大且网孔间距越小，越是靠近区域的芯部，所布置的网孔的间距越小。

所述筛网板的板厚范围优选为0.18mm～0.25mm。

一种导热硅脂定量涂覆方法，先将上述导热硅脂定量涂覆装置平放在待涂覆表面上，并对二者进行相对固定，取适量导热硅脂涂覆在所述导热硅脂定量涂覆装置的筛网板上，反复刮涂多次至所述导热硅脂填满所述筛网板的所有网孔，将所述导热硅脂定量涂覆装置沿待涂覆表面的法向快速移开，在所述待涂覆表面上形成与所述网孔一一对应的导热硅脂点，将发热电气元件安装在所述待涂覆表面上，安装时使所述发热电气元件的安装面贴合在所述导热硅脂点上，并垂直向所述待涂覆表面施加压力，使所述待涂覆表面与每个所述发热电气元件的安装面之间的所有导热硅脂点扩散并相互联结成为一个整片的导热硅脂薄膜，且所述导热硅脂薄膜的厚度达到导热硅脂的理论厚度d。

所述待涂覆表面优选为水冷散热板表面。

涂覆前先使用工业酒精对所述导热硅脂定量涂覆装置的所述筛网板的正反面进行表面清洁，并等待其完全干燥。

需要涂覆的导热硅脂的理论厚度d为风冷散热条件下散热板上需要涂覆的导热硅脂的理论厚度d＇的c倍，当待涂覆表面的粗糙度ra为3.2um时，c在区间[0.7，0.9)内取值；当待涂覆表面的粗糙度ra为6.3um时，c在区间[0.9-1.1)内取值，当待涂覆表面的粗糙度ra为12.5um时，c在区间[1.1-1.3)内取值。

本发明的有益效果是：

采用本发明，只要控制好筛网板的厚度，就能实现导热硅脂的定量精确涂覆。

本发明采用特定的网孔形状和排布方式，将在待涂覆表面形成相同形状和排布的一个个导热硅脂点，当将发热电气元件贴在这些导热硅脂点并向导热硅脂点垂直施压时，导热硅脂点向其自身的周边扩散的过程中会将导热硅脂点之间的空气沿着正六边形的边缘完全排挤出去，不留死角，有效避免涂覆过程中产生气泡，形成连续一整片的无气泡的导热硅脂薄膜，从而显著提高电气元件与待涂覆表面(通常是散热板)之间的热交换能力。

将本发明的装置与方法用于采煤机水冷散热板时，可以使igbt模块与散热板间的热交换效率达到最佳，从而解决井下采煤机机载变频器由于热交换困难导致频繁报过热故障的问题，能显著提高采煤机连续采煤的工作效率。

采用本发明可以进行批量涂覆，工作效率明显提高。

附图说明

图1是本发明的导热硅脂定量涂覆装置的一个实施例的正面结构示意图；

图2是图1中筛网板上网孔的一个分布区域a的网孔布置示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种导热硅脂定量涂覆装置，如图1、2所示，包括筛网板1，所述筛网板上设有多个网孔1-1，所述网孔全部集中布置在同一个区域或分散布置在多个不同的区域(本实施例属于后一种情况)。所述筛网板的厚度d＝s＇*d/s3，其中s＇为任意一个所述区域所对应的待涂覆表面的实际待涂覆面积，s＇＝s1-s2，s1为相应区域所对应的待涂覆表面的总面积，s2为该待涂覆表面将要安装的发热电气元件或单元上的安装孔的总面积，s3为该区域内所有网孔的总面积，d为该区域所对应的待涂覆表面将要安装的发热电气元件所需要涂覆的导热硅脂的理论厚度。d根据发热元器件(例如igbt单元)的具体型号，参照其应用手册的散热要求和相应散热板的平面度、待涂覆表面的粗糙度综合确定。只要控制好筛网板的厚度，就能实现导热硅脂的定量精确涂覆。

所述网孔呈正六边形，同一区域内的所有网孔同方向成排布置，同一排相邻两个所述网孔边与边平行正对，相邻两排中一排网孔正对另一排网孔间的空隙。采用这种特定的网孔形状和排布方式，将在待涂覆表面形成相同形状和排布的一个个导热硅脂点，当将发热电气元件贴在这些导热硅脂点并向导热硅脂点垂直施压时，导热硅脂点向其自身的周边扩散的过程中会将导热硅脂点之间的空气沿着正六边形的边缘间的空隙完全排挤出去，不留死角，有效避免涂覆过程中产生气泡，形成连续一整片的无气泡的导热硅脂薄膜，使热量能更均匀地传导，从而显著提高电气功率元件与待涂覆表面(通常是散热板)之间的热交换能力。

综上，采用本发明的导热硅脂定量涂覆装置能够在挤压出全部空气的前提下形成最薄的导热硅脂薄膜，因此能确保热量的均匀传导，能充分保证热量交换，提高热转换效率。当采用该装置对采煤机变频器水冷散热板实施涂覆时，能有效解决现有采煤机用变频器常因过热报警迫使采煤机停机的问题。

所述筛网板优选为铝制的平板薄板。所述网孔优选由激光切割加工形成。

所述筛网板上还可以设有若干定位孔1-2。所述定位孔可以为光孔，其设置位置与待涂覆表面上的定位螺钉孔相对应。用于涂覆时筛网板与待涂覆表面间的固定。

所述导热硅脂定量涂覆装置还可以包括边框，所述边框相对固定在所述筛网板的边缘，将所述筛网板张紧成刚性平面。所述筛网板可以通过螺钉紧固或胶粘(例如采用502胶水黏贴)的方式与所述边框相对固定成一个刚性整体。由于所述筛网板通常为薄板，将筛网板与边框固定可以有效防止使用过程中金属铝薄板发生形变。所述筛网板的边缘可以设置成折边，以增强整体刚性和强度。

所述边框上的左右两处优选均设有把手2-1。

所述边框可以如图1所示可以包括上固定架2-2、左固定架2-3和右固定架2-4，所述左固定架和右固定架分别固定连接在所述上固定架的左右两端，形成门型，所述左固定架和右固定架上各自固定有把手2-1。安装时可以先将两只把手固定在左、右固定架上，再将左、右固定架通过所述上固定架上的定位结构进行定位，通过紧固螺钉固定在所述上固定架上。

所述网孔优选分多个区域a布置，区域之间相互间隔，每个区域对应散热板与一个发热电气元件或单元的接触面，每个区域内部的网孔间密集排布。有了定位孔与多区域布置网孔的配合，一次性可以涂覆多个区域，相当于同时针对多个发热电气元件或单元的安装进行涂覆作业，即实现导热硅脂定量涂覆的批量作业，因此可以大幅度地提高工人涂覆效率，同时减轻工人劳动强度，节省维修时间。采用附图1所示的导热硅脂定量涂覆装置可以通过一次涂覆操作，同时组装6块igbt模块单元，相比传统的只能针对单块igbt模块单元的操作，效率明显提高。多个区域各自的方位和相互间的相对位置根据待涂覆表面未来准备安装的各个发热电气元件或单元的设计安装方位和位置关系确定。

发热电气元件不限于igbt模块单元，还可以是整流桥单元、二极管单元、电阻单元等。

每个所述区域的大小、形状都应与所要安装的发热电气元件安装面的大小和形状相适应。在每个所述区域内部的网孔大小和排布的设计上，主要有两点规则：(1)越是与发热电气元件或单元上发热量较大部位(例如pn结或pn结)相对应的位置，所布置的网孔的面积越大且网孔间距越小，使得该位置将来形成的导热硅脂点之间空隙所能容纳的空气越少，反之，网孔面积越小且网孔间距越大。(2)越是靠近区域的芯部，所布置的网孔的间距越小，反之，越是靠近区域的边缘，所布置的网孔间距越大。在安装压力下，芯部的导热硅脂点之间的空隙先闭合，因此空气可以由芯部向边缘运动，最终从周边空隙释放出去，各导热硅脂点也能联结形成为一层无气泡的薄膜。

所述筛网板的板厚范围优选为0.18mm～0.25mm。

本发明还公开了一种导热硅脂定量涂覆方法，步骤如下：

1、先用工业酒精将上述导热硅脂定量涂覆装置的正反面进行表面清洁，待完全干燥后将该装置放在待涂覆导热硅脂的散热板(本实施例中是采煤机用变频器的水冷散热板)上，使所述定位孔1-2与散热板上的螺钉孔对齐，用定位螺钉将本装置固定在散热板上。

2、使用刮刀取适量导热硅脂，涂覆在筛网上，反复刮涂多次(例如4-5次)至导热硅脂填满所有网孔，注意刮涂时要避开定位螺钉的位置。

3、快速拆除定位螺钉并通过把手将本装置从垂直于散热板板面的方向快速移开散热板，导热硅脂以网孔布置位置黏贴在散热板上，形成一个个正六边形的导热硅脂点。

4、将发热电气元件或单元(例如igbt模块)按照与所述区域一对一的关系安装在散热板上。垂直向散热板施压，使散热板上的所述待涂覆表面与每个所述发热电气元件的安装面之间的所有导热硅脂点扩散并相互联结成为一个整片的导热硅脂薄膜，此时所述导热硅脂薄膜的厚度达到导热硅脂的理论厚度d。

针对发热电气元件或单元在水冷散热铝板表面的组装，需要涂覆的导热硅脂的理论厚度d优选为风冷散热条件下散热板上需要涂覆的导热硅脂的理论厚度d＇的c倍，当待涂覆表面的粗糙度ra为3.2um时，c在区间[0.7，0.9)内取值；当待涂覆表面的粗糙度ra为6.3um时，c在区间[0.9-1.1)内取值，当待涂覆表面的粗糙度ra为12.5um时，c在区间[1.1-1.3)内取值。d＇可查手册获得，d是在d＇基础上结合经验确定取值，根据上述经验公式，可以在挤压出全部空气的前提下，获得最薄的导热硅脂膜。

根据发热电气元件需要涂覆导热硅脂的最佳理论厚度，可以反算出对应的所述筛网板的厚度，采用相应厚度的筛网板按照上述涂覆方法进行导热硅脂涂覆作业，可以实现导热硅脂膜层厚度的精确可控。将本发明的装置与方法用于采煤机变频器的水冷散热板，可有效解决采煤机用变频器频繁报过热故障的问题。