高功率电子器件的散热方案 新兴散热材料

广东畅能达

高功率密度电力电子器件是电动汽车、风力发电机、高铁、电网等应用的核心部件。当前大功率电力电子器件正朝着高功率水平、高集成度的方向发展，因此散热问题不可避免的受到关注。

一、新兴散热材料

金刚石增强金属基复合材料是以铝、铜等与金刚石具有一定亲和性的金属材料为基体结合剂，以高导热金刚石颗粒为增强相，采用粉末冶金、高温高压、浸渗等方法制备的具有高导热性能的新型散热材料。金刚石增强金属基复合材料集成了金刚石材料高导热的特性以及金属材料大尺寸、易成形的特点，具有高热导率（≥ 600 W/(m•K)）、低密度（3.0～7.0 g/cm3）、热膨胀系数可调等优点。因此基于金刚石基材料的高效散热方法（如金刚石基材料作为热扩散层等），成为超高热流散热研究的热点。

二、高热流密度均热板

畅能达科技针对热流密度高，散热困难的电子器件提出了一种用于多热源、高功率传热的高热流密度均热板，其外观尺寸如下图所示。器件底面有四块尺寸相同的凸台，凸台面为热源接触面。器件顶面为冷源接触面。相变器件可以通过内部工质的相变，从而实现热源与冷源之间的高效传热。

高热流密度均热板利用液体相变传热原理：均热板内部饱和液体从高温热源处吸收热量而汽化，饱和蒸汽流动到冷源处放热并冷凝成液体，经毛细力作用下回流到高温侧继续参与吸、放热循环。高功率电子器件存在的问题主要是发热集中、散热面积有限，而我司研发的高热流密度均热板可扩大散热面积、提高传热效率，实现电子器件的高效传热、防止热量集中、避免出现高温热点。

金刚石铜和金刚石铝作为新兴散热材料，被当成极具竞争力的电子封装散热方案。为了验证高热流密度均热板高效散热的有效性，对相同尺寸的金刚石铜板和金刚石铝板，与高高热流密度均热板进行性能对比测试。

实验结果表明，在相同的热源温度下，高热流密度均热板所通过的热流密为515.08 W/cm2，远大于金刚石铜408.33 W/cm2，金刚石铝331.35 W/cm2以及水冷板222.87 W/cm2。这表明加入高热流密度均热板后，会使水冷散热效果更加明显。并且相比于金刚石铜、金刚石铝，此高热流密度均热板不仅拥有低廉的制造成本，而且具备更优秀的传热性能。