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热解石墨芯用于SiC功率模块 提高绝缘金属基板的导热性

来源:yobo体育官网下载   发布时间:2021-12-31 23:13nbsp;  点击量:

本文摘要:接纳这项技术的基板重量将可淘汰30%得益于TPG导热石墨芯系统导热系数险些增加了一倍。借助新技术电动车SiC电源模块的功率可以增加15%或更多。 在美国能源部门路图的支持下电动汽车的驱动功率正在加倍提升未来电力牵引驱动系统能够处置惩罚高达100 kW的峰值功率;电动汽车功率密度将从2020年的13.4 kW /升提高到2025年的100 kW /升。 当铜封装散热器中的TPG比率为80%时面内导热系数可以提高2.4倍与纯铜相比总比重可降低2.46倍。

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接纳这项技术的基板重量将可淘汰30%得益于TPG导热石墨芯系统导热系数险些增加了一倍。借助新技术电动车SiC电源模块的功率可以增加15%或更多。

在美国能源部门路图的支持下电动汽车的驱动功率正在加倍提升未来电力牵引驱动系统能够处置惩罚高达100 kW的峰值功率;电动汽车功率密度将从2020年的13.4 kW /升提高到2025年的100 kW /升。

当铜封装散热器中的TPG比率为80%时面内导热系数可以提高2.4倍与纯铜相比总比重可降低2.46倍。

电动汽车功率密度的增加一定要求革新热治理系统而且必须在不增加车辆重量的情况下完成高效散热设计因为增加重量往往会缩短行驶里程。要满足超大功率驱动系统的热治理除了接纳传统的热管水冷和风扇等散热手段外还需要更先进的热治理手段。

铜封装TPG(泉源:ORNL)

DBC/IMS/IMSwTPG基板的热分析对比(泉源:ORNL)

凭据ORNL小组的建模热分析显示TPG芯基板结温显著降低在稳态和循环状态下其温度都降低11°C。因此在与尺度绝缘金属基板相同的温度下SiC功率模块可以增加15%的功率。

为了证明这种技术的强大之处ORNL小组用一个普通的半桥SiC MOSFET逆变器裸片构建了一个测试平台(上图)。

在这种设计中Momentive 公司的TPG芯直接放置于SiC裸片的下方。通过这种设计废热通过TPG芯快速往远端扩散并传导到汉高提供的导热介电层(dielectric film)。TPG一方面降低了铜基板的热阻另外其提供的快速热扩散还增加了导热介电层的有效接触面积从而提高了系统导热性。

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关于TPG

美国橡树岭国家实验室(ORNL)与互助同伴Momentive Quartz Technologies、汉高(Henkel)、Indiana IC和杜邦等正致力于将热解石墨芯(TPG)用于SiC功率模块以改善绝缘金属基板的导热性。

典型散热器质料导热率比对(泉源:Momentive)

ORNL与互助同伴在2019年取得的技术结果:带TPG焦点的IMS(IMSwTPG)

热解石墨(TPG)是高纯度碳氢化合物在凌驾2000°C的温度下经化学气相沉积(CVD)生产的具有较高结晶取向的热解碳其面内导热率可高达1650W/mK是铜的四倍而重量却比铝轻是一种高性能导热质料。

通过在特殊的热解石墨外包覆金属结构或陶瓷外壳可以设计出具有高导热性的复合质料。


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