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球形氧化鋁粉體在 IGBT模塊上的散熱應用

思飛新材 2024-06-02 | 閱讀：1604

前言：隨電子技術發展，IGBT 模塊的小型化、集成化趨勢明顯。芯片“熱失效”問題也就出來了，“熱失效”導致的芯片（可比作人心臟）運轉效率大大降低，從而進一步影響整套設備的工作效率及可靠性。因此，選擇合適TIM材料給芯片降降溫是必選項。看目前 TIM 材料實則基本是復合材，也就是高分子基體?導熱填料，而導熱填料中氧化鋁（尤其是球形氧化鋁）因其具穩定@相及批量化生產集成優勢也成導熱填料中必優選項。

一，IGBT 模塊介紹：

（網搜了一陣，總算找到一張比較合適圖片能基本講清 IGBT 模塊到底都有哪些構成。因圖片來自網絡，所以圖片下還得備注：如侵權，告知立刪）

IGBT模塊示意圖（圖片來源：網搜圖，如侵權，告知立刪）

IGBT 模塊分別由散熱片、TIM 材、DBC 層、焊料層、芯片等構成，簡單講，它是一個圍繞芯片的集成。

文字描述可寫：IGBT （絕緣柵雙極晶體管）是一種功率半導體器件，可廣泛用于軌道交通、智能電網、工業節能、電動汽車和新能源裝備等領域，具有節能、安裝方便、維護方便、散熱穩定等特點。它是能量轉換和傳輸的核心裝置。IGBT可以說是MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管）和BJT（雙極結型晶體管）的結合體（這實在有點文字化，不好記憶啊）

重點：IGBT 模塊散熱設計的基本任務是：依傳熱學原理，為功率器件設計熱阻盡可能低的通路，使器件的熱能盡快地散發出去。從而保證器件運行時的內部溫度保持在允許溫度內。

二，IGBT 模組熱傳設計中TIM 材料：

如上所寫，TIM 材是一復合材。其中導熱填料種類比較多，如常見的導熱填料主要包括碳材料、金屬顆粒及其氧化物、氮化物等。

這些材料可以在基體中形成良好的導熱通道，從而優化聚合物的導熱性能。Cu、Al、Ag等金屬顆粒是常見的導熱填料，可以顯著提高復合材料熱導率，具導熱高、形貌可控等優點，然而，金屬顆粒的加入會降低復合材料的絕緣性能和介電擊穿電壓。因此，金屬顆粒不能作為電氣絕緣領域的填料。與金屬相比，碳基材料具有更高導熱性、耐腐蝕性和低的熱膨脹系數，如石墨、石墨烯, 、碳納米管、碳纖維、金剛石等。碳基填料在較低負荷下更容易獲得較高的導熱系數，但碳基材料的分散性是應用中急需解決的問題。陶瓷填料主要包括氧化物填料、氮化物填料和碳化物填料，它們缺乏自由電子，傳熱主要是通過聲子進行的，由于其固有的性能，在導熱和絕緣復合材料方面的應用最為廣泛。其中，球形填料中如球形氧化鋁具較高的粘度滲透閾值和較低比表及優異的可分散性，在TIM 材中不僅可以有效將填料表面的接觸點連接起來形成導熱通路，提高了傳熱效率，還可以增加復合材料的強度，降低應力集中的可能性，改善復合材料的力學性能，及導熱復合材料后續加工處理能力。