前言
導(dǎo)熱硅脂目前被廣泛使用在散熱器的IGBT安裝面上，其目的在于填補各器件安裝面與散熱器之間的間隙，達到更均勻、更有效的散熱效果，避免器件因散熱不佳，導(dǎo)致溫度過高而損壞。為保證導(dǎo)熱硅脂均勻的分布在IGBT上，其涂敷過程工藝至關(guān)重要。
導(dǎo)熱硅脂的涂覆工藝
目前，IGBT導(dǎo)熱硅脂的涂敷工藝主要有兩種，滾筒印刷涂覆和絲網(wǎng)印刷涂覆。
1、滾筒涂敷，該工藝是目前使用的最廣泛的涂覆方法。
（1）IGBT安裝前，用酒精將器件的安裝面和散熱器清洗干凈；
（2）將導(dǎo)熱硅脂倒入容器內(nèi)，用滾筒刷粘上導(dǎo)熱硅脂；
（3）在IGBT的安裝面反復(fù)滾刷上一層導(dǎo)熱硅脂，目測硅脂是否涂滿IGBT安裝面，最后再將IGBT安裝在散熱器上。
2、絲網(wǎng)板印刷涂敷，由于其具有一定技術(shù)門檻，但效果較好，主要用于高端IGBT的涂覆。
（1）首先需設(shè)計IGBT涂覆工裝，主要有兩種工裝設(shè)計方法：根據(jù)絲網(wǎng)上篩網(wǎng)孔區(qū)導(dǎo)熱硅脂的涂敷面積設(shè)計；根據(jù)IGBT需要的導(dǎo)熱硅脂的涂覆厚度、面積及表面粗糙度設(shè)計；
（2）將IGBT元件倒放在涂敷工裝上；
（3）將工裝的網(wǎng)板面合上，確認IGBT涂敷模孔和IGBT散熱面吻合；
（4）開始涂覆作業(yè)，將導(dǎo)熱硅脂從網(wǎng)框一邊刮到另一邊，如此來回刮3-4次，直到導(dǎo)熱硅脂將絲網(wǎng)的網(wǎng)孔填平。
自動化涂覆技術(shù)的實現(xiàn)原理
本技術(shù)基于上述絲網(wǎng)板印刷涂覆的工藝，參考人工絲網(wǎng)印刷涂覆的動作，通過電機驅(qū)動各個執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)利用機械自動化進行IGBT涂覆作業(yè)，避免了傳統(tǒng)人工涂覆勞動強度大、可靠性差、效率低下的作業(yè)模式。
圖1 手工絲網(wǎng)涂覆
經(jīng)過實驗分析絲網(wǎng)印刷涂覆效果明顯優(yōu)于滾筒涂覆，為確保技術(shù)的先進性，自動涂覆技術(shù)采用了絲網(wǎng)印刷涂覆的原理進行設(shè)計實現(xiàn)。
圖2 左側(cè)為滾筒涂覆，右側(cè)為絲網(wǎng)涂覆
首臺套自動化涂覆設(shè)備樣機的研制
為滿足涂覆作業(yè)需求企業(yè)智能化、模塊化、穩(wěn)定性強的設(shè)備要求，自動化涂覆設(shè)備應(yīng)至少擁有以下特性：
1.涂覆模塊計數(shù)
2.刮涂次數(shù)可調(diào)
3.導(dǎo)熱硅脂供料可控
4.絲網(wǎng)更換提醒
5.系統(tǒng)故障報警
6.掃碼記錄功能
7.手動和電動復(fù)位功能
圖3 自動化涂覆設(shè)備各結(jié)構(gòu)示意圖
自動化涂覆設(shè)備運行的工藝說明
1、工件首先經(jīng)過掃碼記錄，自行行走至涂覆位，并固定。
2、絲網(wǎng)壓下，準(zhǔn)備加注導(dǎo)熱硅脂原料，該模塊主要由升降電動缸、刮刀機構(gòu)、絲網(wǎng)調(diào)整機構(gòu)組成。絲網(wǎng)四邊張力可快速調(diào)整，絲網(wǎng)夾于上、下固定板中央，可自動調(diào)節(jié)與工件的水平度。
3、注入導(dǎo)熱硅脂。注入機構(gòu)采用活塞式注入原理，活塞固定，步進電機驅(qū)動絲桿推動料桶，導(dǎo)熱硅脂由活塞中心的孔道進入噴頭中，確保注入量穩(wěn)定可控。
4、刮刀下壓，行走機構(gòu)涂覆導(dǎo)熱硅脂。利用直線模組可實現(xiàn)刮刀重復(fù)定位精度達到0.05mm，行走穩(wěn)定，能夠根據(jù)不同涂覆要求自動微調(diào)刮刀與絲網(wǎng)間的距離（壓力），同時刮刀“刀刃”與絲網(wǎng)平行度可調(diào)整。
5、刮刀升起，絲網(wǎng)升起，工件掃碼并退出，完成一個IGBT模塊的涂覆作業(yè)。
自動化涂覆設(shè)備的優(yōu)勢
1、設(shè)備整體執(zhí)行機構(gòu)全部有隔離保護，防止人員誤觸發(fā)生意外傷害。
2、在非標(biāo)模塊設(shè)計中采用標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計理念，執(zhí)行機構(gòu)均采用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，它的優(yōu)勢是結(jié)構(gòu)緊湊、應(yīng)用成熟、性能可靠，直線行走機構(gòu)重復(fù)定位精度高（0.05mm）。
3、注料頭與原料供應(yīng)設(shè)備直連，盡可能的縮短了導(dǎo)入行程，注料頭采用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品與成熟技術(shù)，能夠保證注入原料的均勻。
4、可快速實現(xiàn)絲網(wǎng)安裝及張力調(diào)整。
5、采取國際一流的控制系統(tǒng)，參數(shù)配置全面，符合智能制造的生產(chǎn)理念。
圖4 系統(tǒng)控制界面
自動化涂覆技術(shù)與設(shè)備的應(yīng)用前景
目前我國的涂覆工藝仍停留在傳統(tǒng)的時代，在引進國際高端設(shè)備時，未能進行很好的消化、吸收、創(chuàng)造，仿制的相關(guān)設(shè)備也未能在市場競爭中加強改進，與國際品牌相比競爭力不強。未來自動化涂覆行業(yè)的發(fā)展，不應(yīng)僅限于對自動化涂覆設(shè)備本身的研發(fā)及應(yīng)用，還要在相關(guān)原料上下工夫，加快轉(zhuǎn)型進級的步伐，以應(yīng)對快速增長的市場需求及日益多元化的用戶定制要求。北鋼聯(lián)所研制的IGBT導(dǎo)熱硅脂自動化涂覆設(shè)備，開啟了涂覆工藝機械自動化生產(chǎn)的時代，該樣機可能衍生出更多的版本型號，預(yù)計將對電力、電子、軌道交通、航空航天等領(lǐng)域產(chǎn)生深遠影響。