Революция в области охлаждения силовых полупроводников: технологический прорыв аппаратных радиаторов при высокой температуре и высоком давлении
Под волной углеродной нейтральности и электрификации силовые полупроводники быстро развиваются от традиционных IGBT на основе кремния до карбида кремния и нитрида галлия. Температура рабочего соединения подскочила с 125 ° C до 200 ° C или даже выше, а тепловой поток увеличился в несколько раз. Это создает беспрецедентные инженерные проблемы и инновационные возможности для аппаратных радиаторов, непосредственно прикрепленных к силовым модулям.
Традиционный алюминиевый радиатор для литья под давлением имеет три основных недостатка при столкновении с SiC-модулями: низкая теплопроводность из-за грубых зерен, локальные горячие точки, вызванные внутренней усадкой, и усталость припоя, вызванная несоответствием коэффициента теплового расширения с SiC-подложкой. Таким образом, высокопроизводительный радиатор в 2026 году был полностью перенесен на путь холодной ковки алюминиевых и медно-алюминиевых композитов. Процесс холодной ковки применяет тысячи тонн давления на алюминиевые заготовки ниже температуры рекристаллизации для очистки зерна до менее 5 мкм, а теплопроводность увеличивается на 15-20% по сравнению с литьем под давлением. В то же время значительно улучшается предел текучести, что продлевает срок службы модуля более чем в три раза при циклической нагрузке от -40 ° C до 175 ° C.
Медно-алюминиевый композитный радиатор стал первым выбором для мощных бортовых преобразователей мощности. Его структура обычно такова: опорная пластина, контактирующая с силовым модулем, изготовлена из бескислородной меди, которая использует сверхвысокую теплопроводность 400 Вт / м · К для быстрого горизонтального рассеивания тепла; верхний плавник изготовлен из алюминиевого сплава для снижения веса и стоимости. Технология соединения между медью и алюминием претерпела скачок от соединения эпоксидной смолы до высокотемпературной вакуумной пайки. Последний процесс пайки на основе никеля может образовывать слой интерметаллического соединения медь-алюминий при температуре 880 ° C с прочностью более 80 МПа и термическим сопротивлением до 0,02 К · см ² / Вт, почти достигая склеивания. В некоторых передовых проектах даже пробовали взрывную сварку, которая напрямую связывает атомы меди и алюминия через мгновенное высокое давление. Толщина границы раздела составляет только наномасштаб, а тепловое сопротивление приближается к теоретическому пределу.
В дополнение к материалу и структуре также меняется макроскопический вид радиатора. Чтобы соответствовать двустороннему охлаждающему SiC-модулю, радиатор больше не является просто односторонней плоской пластиной с ребрами, а превратился в двусторонний трехмерный проточный канал с точно обработанными канавками и выступами. Эти канавки снабжены пружинными контактами, которые непосредственно контактируют с верхней поверхностью SiC-чипа, а задняя поверхность уносит тепло через подложку с жидкостным охлаждением, образуя трехмерный тепловой путь управления "двусторонним тепловыделением + жидкостным охлаждением". Эта конструкция снижает общее тепловое сопротивление от чипа к охлаждающей жидкости до одной пятой от сопротивления традиционных односторонних алюминиевых радиаторов.
Поверхностная обработка также имеет отношение к долгосрочной надежности силового модуля. Когда силовой модуль работает, напряжение может достигать более 1200 В. Если радиатор имеет заусенцы или острые края, его легко вызвать коронный разряд. Поэтому радиатор для высоковольтных приложений постепенно принимает химическое снятие заусенцев и электрохимическую полировку, так что значение шероховатости поверхности Ra уменьшается до менее чем 0,2 мкм. В то же время некоторые модели радиаторов требуют сопротивления давления изоляции выше 2500 В, что привело к интегрированной технологии спекания высокопроводных керамических изоляционных прокладок и радиаторов, уменьшая количество термоинтерфейсов с трех слоев до одного слоя, что не только улучшает сопротивление напряжению, но и снижает термосопротивление.
Метаморфоз металлических радиаторов в области силовых полупроводников показывает, что он превратился из простого тепловоза в основной структурный компонент, влияющий на электрические характеристики и срок службы силовых модулей. Для производителей радиаторов глубина знаний металлургии материалов, прецизионного формования и физики интерфейсов определит, смогут ли они занять место в волне автомобильного электропривода и энергетической инфраструктуры.
BQUQ является профессиональным производителем металлических радиаторов, пожалуйста, пришлите нам чертежи, и наша компания процитирует вас в течение 12 часов.
