文章來源于：黃山谷捷招股書、艾邦半導體網

IGBT功率模塊失效的主要原因是溫度過高導致的熱應力，良好的熱管理對于IGBT功率模塊穩定性和可靠性極為重要。新能源汽車電機控制器是典型的高功率密度部件，且功率密度隨著對新能源汽車性能需求的提高仍在不斷提升。電機控制器內IGBT功率模塊長時間運行以及頻繁開閉會產生大量熱量，伴隨著溫度的升高，IGBT功率模塊的失效概率也將大幅增加，最終將影響電機的輸出性能以及汽車驅動系統的可靠性。因此，為維持IGBT功率模塊的穩定工作，需要有可靠的散熱設計與通暢的散熱通道，快速有效地減少模塊內部熱量，以滿足模塊可靠性指標的要求。

一、IGBT模塊散熱基板的作用及種類

散熱基板是IGBT功率模塊的核心散熱功能結構與通道，也是模塊中價值占比較高的重要部件，車規級功率半導體模塊散熱基板必須具備良好的熱傳導性能、與芯片和覆銅陶瓷基板等部件相匹配的熱膨脹系數、足夠的硬度和耐用性等特點。

1. 銅針式散熱基板

銅針式散熱基板具備針翅結構，大幅提高了散熱表面積，可使功率模塊形成針翅狀直接冷卻結構，有效提高了模塊散熱性能，促成功率半導體模塊小型化。由于新能源汽車電機控制器用功率半導體模塊對散熱效率和小型化有較高要求，因此在新能源汽車領域得到了廣泛運用。

銅針式散熱基板工藝流程如上圖所示，生產的主要步驟包括：模具設計開發和生產制造、冷精鍛、整形沖針、CNC機加工、清洗、退火、噴砂、彎曲弧度、電鍍、阻焊/刻追溯碼、檢驗測試等。

銅針式散熱基板工藝流程

2. 銅平底散熱基板

銅平底散熱基板是傳統領域功率半導體模塊的通用散熱結構，主要作用是將模塊熱量向外傳遞，并為模塊提供機械支撐。該產品傳統應用于工業控制等領域，目前亦應用在新能源發電、儲能等新興領域。

銅平底散熱基板銅平底散熱基板工藝流程如上圖所示，生產的主要步驟包括：剪板、沖孔下料、CNC 機加工、沖凸臺/壓平凸臺、噴砂、電鍍、彎曲弧度、阻焊、檢驗測試等。

銅平底散熱基板工藝流程

二、車規級IGBT功率模塊散熱方式

目前，車規級IGBT功率模塊一般采用液冷散熱，而液冷散熱又分為間接液冷散熱和直接液冷散熱。

1. 間接液冷散熱

間接液冷散熱采用的是平底散熱基板，基板下面涂一層導熱硅脂，緊貼在液冷板上，液冷板內通冷卻液，散熱路徑為芯片-DBC基板-平底散熱基板-導熱硅脂-液冷板-冷卻液。即芯片為發熱源，熱量主要通過DBC基板、平底散熱基板、導熱硅脂傳導至液冷板，液冷板再通過液冷對流的方式將熱量排出。

間接液冷散熱中IGBT功率模塊不直接與冷卻液接觸，散熱效率不高，也因此限制了功率模塊的功率密度提升。

2.直接液冷散熱

直接液冷散熱采用的是針式散熱基板，位于功率模塊底部的散熱基板增加了針翅狀散熱結構，可直接加上密封圈通過冷卻液散熱，散熱路徑為芯片-DBC基板-針式散熱基板-冷卻液，無需使用導熱硅脂。該種方式使得IGBT功率模塊與冷卻液直接接觸，模塊整體熱阻值可降低30%左右，且針翅結構大大提高了散熱表面積，散熱效率因此大幅提高，IGBT功率模塊功率密度也可以設計的更高。

目前直接液冷散熱已成為車規級IGBT功率模塊的主流散熱方式，包括英飛凌在內主要廠商的車規級功率模塊產品均主要采用針式散熱基板。

審核編輯：湯梓紅