畅能达实现散热技术重大突破！附高功率电子器件散热方案

一、散热问题制约电子器件性能

二、畅能达科技实现散热技术重大突破

三、畅能达科技高功率电子器件的散热方案

高功率密度电力电子器件是电动汽车、风力发电机、高铁、电网等应用的核心部件。当前大功率电力电子器件正朝着高功率水平、高集成度的方向发展，因此散热问题不可避免的受到关注。大功率半导体器件工作时所产生的热量会引起芯片温度的升高，若没有合适的散热措施，会导致芯片的工作温度超过所允许的最高温度，进而引发器件性能的恶化甚至损坏。

研究表明，半导体芯片的温度每升高10 ℃，芯片的可靠性就会降低一半，器件的工作温度越高，器件的生命周期越短。高温度主要通过芯片的热失效和应力损坏影响芯片寿命。常见的硅芯片的安全工作温度一般为-40～50 ℃，当结温超过安全工作温度时，会引起芯片的热失效，其中硅芯片的最高允许结温一般为175 ℃；由于器件内各材料膨胀系数的差异，过高的结温会引起芯片内热应力增大，进而引起芯片内焊料弯曲、键合丝脱落等机械损伤。此外，过高的结温还会导致芯片的热击穿，甚至是芯片的热熔化，且这些失效都是不可恢复性失效。

电子器件向集成化、小型化发展，芯片内晶体管的集成度不断上升，热流密度急剧增加。此外，随着SiC等新材料在电力电子器件中的应用，虽然SiC芯片损耗有所降低，但由于芯片尺寸减小，导致局部热流密度更高，对散热要求反而更高。

1、新兴散热材料

金刚石增强金属基复合材料是以铝、铜等与金刚石具有一定亲和性的金属材料为基体结合剂，以高导热金刚石颗粒为增强相，采用粉末冶金、高温高压、浸渗等方法制备的具有高导热性能的新型散热材料。金刚石增强金属基复合材料集成了金刚石材料高导热的特性以及金属材料大尺寸、易成形的特点，具有高热导率（≥ 600 W/(m•K)）、低密度（3.0～7.0 g/cm3）、热膨胀系数可调等优点。因此基于金刚石基材料的高效散热方法（如金刚石基材料作为热扩散层等），成为超高热流散热研究的热点。

常用散热材料的部分性能指标

2、畅能达高热流密度均热板

畅能达科技针对热流密度高，散热困难的电子器件提出了一种用于多热源、高功率传热的高热流密度均热板，其外观尺寸如下图所示。器件底面有四块尺寸相同的凸台，凸台面为热源接触面。器件顶面为冷源接触面。相变器件可以通过内部工质的相变，从而实现热源与冷源之间的高效传热。

高热流相变器件实物图

高热流密度均热板利用液体相变传热原理：均热板内部饱和液体从高温热源处吸收热量而汽化，饱和蒸汽流动到冷源处放热并冷凝成液体，经毛细力作用下回流到高温侧继续参与吸、放热循环。高功率电子器件存在的问题主要是发热集中、散热面积有限，而我司研发的高热流密度均热板可扩大散热面积、提高传热效率，实现电子器件的高效传热、防止热量集中、避免出现高温热点。
金刚石铜和金刚石铝作为新兴散热材料，被当成极具竞争力的电子封装散热方案。为了验证高热流密度均热板高效散热的有效性，对相同尺寸的金刚石铜板和金刚石铝板，与高高热流密度均热板进行性能对比测试。

实验结果表明，在相同的热源温度下，高热流密度均热板所通过的热流密为515.08 W/cm^2，远大于金刚石铜408.33 W/cm^2，金刚石铝331.35 W/cm^2以及水冷板222.87 W/cm^2。这表明加入高热流密度均热板后，会使水冷散热效果更加明显。并且相比于金刚石铜、金刚石铝，此高热流密度均热板不仅拥有低廉的制造成本，而且具备更优秀的传热性能。

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