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
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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 |
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