Cuộc cách mạng tản nhiệt bán dẫn điện: Bước đột phá công nghệ của tản nhiệt phần cứng dưới nhiệt độ cao và áp suất cao
Dưới làn sóng trung hòa carbon và điện khí hóa, chất bán dẫn công suất đang phát triển nhanh chóng từ IGBT dựa trên silicon truyền thống sang cacbua silicon và gali nitride, nhiệt độ giao nhau hoạt động tăng từ 125 ° C lên 200 ° C hoặc thậm chí cao hơn, mật độ thông lượng nhiệt tăng lên nhiều lần. Điều này mang lại những thách thức kỹ thuật chưa từng có và cơ hội đổi mới cho các bộ tản nhiệt phần cứng được gắn trực tiếp bên dưới mô-đun công suất.
Tản nhiệt nhôm đúc khuôn truyền thống để lộ ba tấm ngắn khi đối mặt với mô-đun SiC: hạt thô dẫn đến độ dẫn nhiệt thấp, lỗ co lại bên trong gây ra các điểm nóng cục bộ và hệ số giãn nở nhiệt không phù hợp với chất nền SiC gây ra sự mệt mỏi của lớp hàn. Do đó, tản nhiệt công suất cao cấp năm 2026 đã hoàn toàn chuyển sang tuyến đường composite nhôm và đồng-nhôm rèn lạnh. Quá trình rèn lạnh tinh chế hạt tinh thể xuống dưới 5 μm bằng cách áp dụng hàng nghìn tấn áp suất lên phôi nhôm dưới nhiệt độ kết tinh lại, độ dẫn nhiệt tăng 15% ~ 20% so với đúc khuôn, đồng thời độ bền năng suất được cải thiện đáng kể, kéo dài tuổi thọ của mô-đun hơn ba lần dưới tải trọng theo chu kỳ từ -40 ° C đến 175 ° C.
Vây tản nhiệt composite đồng-nhôm trở thành lựa chọn đầu tiên cho bộ chuyển đổi nguồn điện trên xe công suất cao. Cấu trúc của nó thường là: tấm đế tiếp xúc với mô-đun công suất sử dụng đồng không oxy, sử dụng độ dẫn nhiệt cực cao 400 W / m · K để nhanh chóng tản nhiệt theo chiều ngang; vây trên sử dụng hợp kim nhôm để giảm trọng lượng và chi phí. Công nghệ liên kết giữa đồng và nhôm đã trải qua một bước nhảy vọt từ liên kết nhựa epoxy sang hàn chân không nhiệt độ cao. Quá trình hàn dựa trên niken mới nhất có thể tạo thành một lớp hợp chất liên kim loại đồng-nhôm ở 880 ° C, độ bền hơn 80 MPa và điện trở nhiệt thấp tới 0,02 K · cm ² / W, gần như đạt đến liên kết luyện kim. Một số dự án tiên tiến thậm chí còn thử hàn nổ, thông qua áp suất cao tức thời để liên kết trực tiếp độ dày của các nguyên tử đồng và nhôm, giao diện chỉ
Ngoài vật liệu và cấu trúc, hình thái vĩ mô của tản nhiệt cũng đang thay đổi. Để phù hợp với mô-đun SiC làm mát hai mặt, tản nhiệt không còn chỉ là một tấm phẳng một mặt cộng với vây, mà là một phần tử kênh dòng chảy lập thể hai mặt với các rãnh và lồi được gia công chính xác. Các tiếp điểm lò xo được nhúng trong các rãnh này tiếp xúc trực tiếp với bề mặt trên của chip SiC, và mặt sau lấy nhiệt qua chất nền làm mát bằng chất lỏng, tạo thành đường dẫn quản lý nhiệt ba chiều của "tản nhiệt hai mặt + làm mát bằng chất lỏng". Thiết kế này làm giảm tổng điện trở nhiệt từ chip đến chất lỏng làm mát xuống 1 / 5 của tản nhiệt nhôm một mặt truyền thống.
Xử lý bề mặt cũng liên quan đến độ tin cậy lâu dài của mô-đun công suất. Điện áp khi mô-đun công suất hoạt động có thể đạt trên 1200V, nếu tản nhiệt có gờ hoặc cạnh sắc nét, rất dễ gây phóng điện hào quang. Do đó, tản nhiệt cho các ứng dụng điện áp cao dần áp dụng khử gờ hóa học và đánh bóng điện hóa, làm cho giá trị Ra của độ nhám bề mặt giảm xuống dưới 0,2μm. Đồng thời, tản nhiệt của một số mẫu xe yêu cầu điện áp cách nhiệt trên 2500V, điều này đã tạo ra công nghệ thiêu kết tích hợp của miếng đệm cách nhiệt gốm dẫn nhiệt cao và tản nhiệt, giảm số lượng giao diện nhiệt từ ba lớp xuống một lớp, vừa cải thiện điện áp vừa giảm điện trở nhiệt.
Sự chuyển đổi của bộ tản nhiệt phần cứng trong lĩnh vực chất bán dẫn công suất cho thấy nó đã thay đổi từ một bộ phận vận chuyển nhiệt đơn giản thành một thành phần cấu trúc cốt lõi ảnh hưởng đến hiệu suất điện và tuổi thọ của mô-đun công suất. Đối với các nhà sản xuất bộ tản nhiệt, việc nắm vững chiều sâu kiến thức về luyện kim vật liệu, tạo hình chính xác và vật lý giao diện sẽ quyết định liệu nó có thể chiếm một vị trí trong làn sóng truyền động điện ô tô và cơ sở hạ tầng năng lượng hay không.
BQUQ là nhà sản xuất tản nhiệt kim loại chuyên nghiệp, xin vui lòng gửi bản vẽ cho chúng tôi, công ty chúng tôi sẽ báo giá cho bạn trong vòng 12 giờ.
