車規級IGBT/SiC功率模塊散熱基板技術

功率模塊失效的主要原因是溫度過高導致的熱應力，良好的熱管理對其穩定性和可靠性極為重要。新能源汽車電機控制器是典型的高功率密度部件，且功率密度隨著對新能源汽車性能需求的提高仍在不斷提升。電機控制器內應用的 IGBT 與 SiC 功率模塊長時間運行以及頻繁開閉會產生大量熱量，伴隨著溫度的升高，功率模塊的失效概率也將大幅增加，最終將影響電機的輸出性能以及汽車驅動系統的可靠性。因此，為維持功率模塊的穩定工作，需要有可靠的散熱設計與通暢的散熱通道，快速有效地減少模塊內部熱量，以滿足模塊可靠性指標的要求。

間接液冷散熱中IGBT功率模塊不直接與冷卻液接觸，散熱效率不高，也因此限制了功率模塊的功率密度提升。

2）直接液冷散熱

直接液冷散熱對應集成 Pin-Fin 液冷散熱結構，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構，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，無需使用導熱硅脂。該種方式使得IGBT功率模塊與冷卻液直接接觸，模塊整體熱阻值可降低30%左右，且針翅結構大大提高了散熱表面積，散熱效率因此大幅提高，IGBT功率模塊功率密度也可以設計的更高。

針翅狀（Pin-Fin）散熱結構，無需導熱硅脂，直接插入散熱水套中。且針翅結構大大提高了散熱表面積，散熱效率因此大幅提高。目前雙面水冷的結構也開始逐步應用廣泛，普遍在芯片正面采用平面式連接并加裝Pin-Fin結構實現雙面散熱。

銅平底散熱基板

銅平底散熱基板工藝流程

2. 銅針式散熱基板

銅針式散熱基板具備針翅結構，大幅提高了散熱表面積，可使功率模塊形成針翅狀直接冷卻結構，有效提高了模塊散熱性能，促成功率半導體模塊小型化。由于新能源汽車電機控制器用功率半導體模塊對散熱效率和小型化有較高要求，因此在新能源汽車領域得到了廣泛運用。

銅針式散熱基板工藝流程如上圖所示，生產的主要步驟包括：模具設計開發和生產制造、冷精鍛、整形沖針、CNC機加工、清洗、退火、噴砂、彎曲弧度、電鍍、阻焊/刻追溯碼、檢驗測試等。

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