中国粉体网讯 IGBT散热基板是集成于功率模块封装底部、位于覆铜陶瓷基板与外部冷却系统之间的金属或金属基复合材料热管理部件，承担将芯片热量快速导出并传递至冷却介质的功能。随着新能源汽车向800V高压平台演进及风电、轨道交通IGBT模块功率密度持续攀升，要求散热基板同时具备高导热率、与陶瓷衬板匹配的热膨胀系数以及足够的力学承载能力。
当前主流散热基板材料为铝碳化硅复合材料（AlSiC），具有热膨胀系数（6.5-9ppm/K）与AlN或Al2O3陶瓷衬板匹配性较好的优点，但其导热率160-220W/(m·K)已难以满足当前高功率密度模块的散热需求；铜钼合金（Cu-Mo）和铜钨合金（Cu-W）的导热率同样为160-230W/(m·K)，且密度高达10-17g/cm3；纯铜虽然导热性优异（390W/(m·K)），但热膨胀系数高达17ppm/K，与陶瓷衬板和硅芯片存在明显失配，需引入额外缓冲层导致增加工艺复杂度。
另外，现有方案中散热基板与散热器多采用分体式结构，两者之间需通过焊接或导热界面材料连接，该异质界面不仅引入附加接触热阻，还成为长期热循环工况下的潜在失效点。
近日，江西先进铜产业研究院申请了一项“一种IGBT用针式散热无氧铜石墨复合板及其制备方法”的专利，凭借材料改性与工艺创新，实现了高导热、低膨胀、结构一体化散热材料突破。专利号为CN122910042A。
该发明以铜和石墨为原料，通过在石墨表面包覆铜镀层，使石墨与铜基体之间形成冶金结合界面，消除了传统铜-石墨复合材料中的弱机械结合界面热阻，同时保障复合材料力学完整性；散热针柱阵列一体化成型于铜基体表面，消除了基板与外部散热器之间的装配界面，使得热量可以从基板到针尖沿连续铜骨架高效传导。
在制备工艺方面，该技术最大亮点是脉冲电场定向+真空热压一体化成型。将镀铜石墨粉与还原处理后的无氧铜粉湿法混匀之后，填入带有针柱型腔的模具，室温下施加轴向脉冲电场，利用石墨介电特性驱使片层定向排布；随后不改变模具轴向方向，开展真空热压烧结，一边完成粉末致密化，一边直接成型完整针柱阵列，省去后续焊接、组装工序，从根源消除装配界面带来的热阻隐患。
从性能来看，该复合板的面内导热率为378-443W/(m·K)，Z向导热率不低于326W/(m·K)，密度为7.2-7.8g/cm3，抗弯强度不低于147MPa，热膨胀系数为11-13ppm/K。通过材料与结构的协同设计，实现了面内与Z向导热率的同步提升，且在保证高热导率的同时维持了较低的密度和适宜的力学强度，满足了高功率密度电子器件对散热基板轻量化、高可靠性的严苛要求。该散热基板可应用于新能源汽车电驱系统、风力发电变流器、轨道交通牵引逆变器和航空航天电源等领域。
在功率半导体国产化大背景下，该成果为IGBT散热基板提供了全新解决方案，兼顾散热效率、力学可靠性与轻量化需求，对大功率电力电子装备热管理升级具备现实参考意义。
参考来源：国家知识产权局。
（中国粉体网编辑整理/石语）
注：图片非商业用途，存在侵权请告知删除！
