車規(guī)級IGBT/SiC功率模塊散熱基板技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

IGBT功率模塊散熱基板的作用及種類

IGBT功率模塊作為電力電子設(shè)備中的關(guān)鍵組件，其散熱性能直接影響到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。散熱基板作為IGBT功率模塊的核心散熱功能結(jié)構(gòu)與通道，承擔(dān)著將模塊內(nèi)部產(chǎn)生的熱量有效傳遞出去的任務(wù)。目前，車規(guī)級IGBT功率模塊常用的散熱基板主要有兩種類型：

銅針式散熱基板

銅針式散熱基板具備針翅結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計大幅提高了散熱表面積，使得功率模塊可以形成針翅狀直接冷卻結(jié)構(gòu)。這種設(shè)計不僅有效提升了模塊的散熱性能，還有助于實現(xiàn)功率半導(dǎo)體模塊的小型化。由于其優(yōu)異的散熱效率和適應(yīng)高功率密度應(yīng)用的特點，銅針式散熱基板在新能源汽車領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

銅平底散熱基板

銅平底散熱基板則是傳統(tǒng)領(lǐng)域功率半導(dǎo)體模塊的通用散熱結(jié)構(gòu)，其主要作用是將模塊產(chǎn)生的熱量向外傳遞，并為模塊提供必要的機械支撐。該產(chǎn)品傳統(tǒng)應(yīng)用于工業(yè)控制等領(lǐng)域，目前也逐漸擴展到新能源發(fā)電、儲能等新興領(lǐng)域。

車規(guī)級IGBT功率模塊散熱方式

車規(guī)級IGBT功率模塊的散熱方式主要分為間接液冷散熱和直接液冷散熱兩種。

間接液冷散熱

間接液冷散熱采用的是平底散熱基板，基板下面涂有一層導(dǎo)熱硅脂，緊貼在液冷板上。液冷板內(nèi)通冷卻液，散熱路徑為芯片-DBC基板-平底散熱基板-導(dǎo)熱硅脂-液冷板-冷卻液。在這種散熱方式中，IGBT功率模塊不直接與冷卻液接觸，散熱效率相對較低，這在一定程度上限制了功率模塊的功率密度提升。

直接液冷散熱

直接液冷散熱采用的是針式散熱基板，位于功率模塊底部的散熱基板增加了針翅狀散熱結(jié)構(gòu)，可直接加上密封圈通過冷卻液散熱，散熱路徑為芯片-DBC基板-針式散熱基板-冷卻液。這種方式使得IGBT功率模塊與冷卻液直接接觸，模塊整體熱阻值可降低約30%，且針翅結(jié)構(gòu)大大提高了散熱表面積，從而大幅提高了散熱效率。目前，直接液冷散熱已成為車規(guī)級IGBT功率模塊的主流散熱方式。

行業(yè)發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)

隨著新能源汽車市場的快速發(fā)展和交通工具電動化浪潮的全面開啟，車規(guī)級功率半導(dǎo)體模塊散熱基板行業(yè)的市場需求持續(xù)增長。特別是新能源乘用車的持續(xù)高速增長和商用車新能源化進(jìn)程的加快，為行業(yè)帶來了巨大的發(fā)展機遇。然而，行業(yè)也面臨著一些挑戰(zhàn)，如行業(yè)增速放緩、客戶降低采購價格以及原材料價格波動的影響。

技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用領(lǐng)域擴展

在技術(shù)創(chuàng)新方面，粉末冶金技術(shù)和精密鍛造技術(shù)在散熱基板的生產(chǎn)過程中得到了廣泛應(yīng)用，這不僅提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，還提升了產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。此外，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，散熱基板的材料選擇和制造工藝也在不斷優(yōu)化，以適應(yīng)不同應(yīng)用場景的需求。

市場規(guī)模與發(fā)展前景

全球IGBT散熱基板市場規(guī)模已經(jīng)達(dá)到了數(shù)十億美元，預(yù)計未來幾年仍將保持快速增長。中國作為全球最大的IGBT市場，其增長速度將高于全球平均水平。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，IGBT散熱基板行業(yè)的前景非常廣闊。

綜上所述，車規(guī)級IGBT/SiC功率模塊散熱基板技術(shù)在新能源汽車和其他高功率密度應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場需求的持續(xù)增長，該行業(yè)將迎來更加廣闊的發(fā)展前景。