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汽車電機(jī)驅(qū)動功率模塊的冷卻解決方案 混合動力汽車（HEV）或充電電動汽車（PEV）通常使用電機(jī)驅(qū)動功率模塊，例如IGBT模塊，這些模塊會產(chǎn)生非常大的熱量，通常大約為1，000W到2，000W。冷卻這些汽車電子功率模塊的唯一有效方法是水冷，而不是風(fēng)冷，因?yàn)樗臒醾鲗?dǎo)率是空氣的20倍。水還具有很高的熱量（吸收能量的能力），是空氣的4倍。 在大多數(shù)的汽車應(yīng)用中，功率模塊都具有這樣的熱挑戰(zhàn)。事實(shí)上，有專門的獨(dú)立冷卻循環(huán)來對其進(jìn)行冷卻。散熱片用來將功率模塊的熱量傳導(dǎo)到冷卻液，成為冷卻循環(huán)的重要部分。那么，如何選擇最佳的液體冷卻散熱片呢？要做出這個(gè)選擇需要在多種考慮因素之間進(jìn)行權(quán)衡，例如熱性能、重量、成本、可靠性和可制造性。讓我們看看IGBT芯片產(chǎn)生的熱量是如何通過冷卻液傳導(dǎo)。 改善導(dǎo)熱性能 首先，熱必須通過直接敷銅（DBC）底層轉(zhuǎn)移出來，然后經(jīng)過模塊基板（base plate），再通過熱油脂，再進(jìn)入到栓接的散熱片（見圖1）。這部分的熱量轉(zhuǎn)移完全是通過熱傳導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)的。 為改善傳導(dǎo)熱轉(zhuǎn)移，你要么選擇具有最高的導(dǎo)熱系數(shù)（k）的材料，要么降低層厚度，或者減少熱源與冷卻液之間的層數(shù)。例如，氮化鋁陶瓷（k=160W/mK）用作DBC基底材料，相比于氧化鋁來說（k = 25到 35 W/mK）是一種不錯(cuò)的選擇。相對于鋁（k = 220 W/mK）或者鋁硅炭化物（AlSiC） （k = 170 - 180 W/mK）來說，銅（k = 390 W/mK）材料是用于模塊基底更好的選擇。簡言之，如果不選擇非常昂貴的材料，你所選則的材料的導(dǎo)熱性能不會超過銅。 可以簡化散熱片材料的選擇，實(shí)際上就是在鋁、AlSiC和銅之間選擇。鋁很輕而且便宜，但是導(dǎo)熱性能一般，而且很重要的是，沒有合適的制造方法來獲得高的表面積。鋁鑄模不能獲得高的密度，而且容易產(chǎn)生孔隙，會導(dǎo)致冷卻液的泄漏。鋁還具有比較高的熱膨漲系數(shù)（CTE ~ 23 ppm/C），因此不適合用作功率模塊基板材料。 AlSiC很輕，但是很昂貴，被加工用來降低CTE以接近IC材料，通常做成9 - 12 ppm/C之間。而且，AlSiC的鑄造工藝難以實(shí)現(xiàn)更大的冷卻表面。而且鑄模磨損很快，導(dǎo)致更換鑄模的成本開銷。最后，材料的導(dǎo)熱率相對比較差，大約為k＝170w/mK。因?yàn)檫@些原因，AlSiC從來沒有用作栓接冷卻片材料，在實(shí)際中，只有在需要非常高的可靠性的時(shí)候，才選擇AlSiC作為基板材料。 銅具有很高的導(dǎo)熱率、可接受的成本，以及最重要的是，可以利用先進(jìn)的成模技術(shù)形成帶有非常密集針翅（pin fin）形狀的散熱片（例如Amulaire Nanopins）。銅鑄模能達(dá)到的針翅密度可以實(shí)現(xiàn)超過鋁或AlSiC散熱片3倍到5倍的散熱表面積。盡管銅的CTE比較高（17 ppm/C），但是仍然成功地應(yīng)用在高可靠性汽車應(yīng)用中，作為功率模塊的基板/散熱片，其制造工藝是基于銅基板設(shè)計(jì)的。 我們是合肥傲琪電子科技有限公司，針對電子產(chǎn)品發(fā)熱散熱問題，生產(chǎn)與銷售導(dǎo)熱硅膠片、導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱泥、導(dǎo)熱雙面膠、導(dǎo)熱絕緣矽膠布、天然石墨片、人工合成石墨片、麥拉片、灌封膠等具有導(dǎo)熱、填充、絕緣、減震的導(dǎo)熱散熱材料，品質(zhì)一流，價(jià)格實(shí)惠。歡迎您來索取樣品，我們免費(fèi)送樣品給貴公司檢測。 網(wǎng)址：www.4008005758.com |
