汽车电机驱动功率模块的冷却解决方案
发布时间:2021-9-9 08:41
发布者:傲琪电子
汽车电机驱动功率模块的冷却解决方案 混合动力汽车(HEV)或充电电动汽车(PEV)通常使用电机驱动功率模块,例如IGBT模块,这些模块会产生非常大的热量,通常大约为1,000W到2,000W。冷却这些汽车电子功率模块的唯一有效方法是水冷,而不是风冷,因为水的热传导率是空气的20倍。水还具有很高的热量(吸收能量的能力),是空气的4倍。 在大多数的汽车应用中,功率模块都具有这样的热挑战。事实上,有专门的独立冷却循环来对其进行冷却。散热片用来将功率模块的热量传导到冷却液,成为冷却循环的重要部分。那么,如何选择最佳的液体冷却散热片呢?要做出这个选择需要在多种考虑因素之间进行权衡,例如热性能、重量、成本、可靠性和可制造性。让我们看看IGBT芯片产生的热量是如何通过冷却液传导。 改善导热性能 首先,热必须通过直接敷铜(DBC)底层转移出来,然后经过模块基板(base plate),再通过热油脂,再进入到栓接的散热片(见图1)。这部分的热量转移完全是通过热传导来实现的。 为改善传导热转移,你要么选择具有最高的导热系数(k)的材料,要么降低层厚度,或者减少热源与冷却液之间的层数。例如,氮化铝陶瓷(k=160W/mK)用作DBC基底材料,相比于氧化铝来说(k = 25到 35 W/mK)是一种不错的选择。相对于铝(k = 220 W/mK)或者铝硅炭化物(AlSiC) (k = 170 - 180 W/mK)来说,铜(k = 390 W/mK)材料是用于模块基底更好的选择。简言之,如果不选择非常昂贵的材料,你所选则的材料的导热性能不会超过铜。 可以简化散热片材料的选择,实际上就是在铝、AlSiC和铜之间选择。铝很轻而且便宜,但是导热性能一般,而且很重要的是,没有合适的制造方法来获得高的表面积。铝铸模不能获得高的密度,而且容易产生孔隙,会导致冷却液的泄漏。铝还具有比较高的热膨涨系数(CTE ~ 23 ppm/C),因此不适合用作功率模块基板材料。 AlSiC很轻,但是很昂贵,被加工用来降低CTE以接近IC材料,通常做成9 - 12 ppm/C之间。而且,AlSiC的铸造工艺难以实现更大的冷却表面。而且铸模磨损很快,导致更换铸模的成本开销。最后,材料的导热率相对比较差,大约为k=170w/mK。因为这些原因,AlSiC从来没有用作栓接冷却片材料,在实际中,只有在需要非常高的可靠性的时候,才选择AlSiC作为基板材料。 铜具有很高的导热率、可接受的成本,以及最重要的是,可以利用先进的成模技术形成带有非常密集针翅(pin fin)形状的散热片(例如Amulaire Nanopins)。铜铸模能达到的针翅密度可以实现超过铝或AlSiC散热片3倍到5倍的散热表面积。尽管铜的CTE比较高(17 ppm/C),但是仍然成功地应用在高可靠性汽车应用中,作为功率模块的基板/散热片,其制造工艺是基于铜基板设计的。 我们是合肥傲琪电子科技有限公司,针对电子产品发热散热问题,生产与销售导热硅胶片、导热硅脂、导热泥、导热双面胶、导热绝缘矽胶布、天然石墨片、人工合成石墨片、麦拉片、灌封胶等具有导热、填充、绝缘、减震的导热散热材料,品质一流,价格实惠。欢迎您来索取样品,我们免费送样品给贵公司检测。 网址:www.4008005758.com |
网友评论