高性能IGBT散熱底板的材料之選——AlSiC復(fù)合材料
在現(xiàn)代電力電子領(lǐng)域，絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）作為核心功率器件，其散熱性能對(duì)確保系統(tǒng)穩(wěn)定、高效運(yùn)行至關(guān)重要。散熱底板，作為支撐IGBT并承擔(dān)其熱量傳遞的關(guān)鍵部件，材料選擇尤為重要。當(dāng)前，除了傳統(tǒng)的銅底板外，AlSiC復(fù)合材料以其優(yōu)勢(shì)逐漸成為散熱底板領(lǐng)域的新選擇。
高性能的散熱底板需要滿足多重挑戰(zhàn)：不僅要能夠迅速吸收并分散功率器件產(chǎn)生的熱量，還要確保熱量能夠有效地傳遞到外部環(huán)境。這就要求材料本身必須具備高導(dǎo)熱率。此外，底板的表面粗糙度也是影響散熱效率的關(guān)鍵因素之一。過(guò)高的粗糙度會(huì)導(dǎo)致與絕緣襯底之間形成空隙，進(jìn)而產(chǎn)生熱點(diǎn)，降低系統(tǒng)的可靠性。
半強(qiáng)化的高導(dǎo)電無(wú)氧銅長(zhǎng)期以來(lái)一直是散熱底板的首選材料。但隨著技術(shù)的進(jìn)步和對(duì)性能要求的不斷提高，復(fù)合材料開(kāi)始嶄露頭角。通過(guò)精心控制合金成分、粉末顆粒大小及成分組成，復(fù)合材料的性能可以得到精準(zhǔn)調(diào)控。其中，聚合物、金屬和碳纖維的強(qiáng)化組合是目前最先進(jìn)的技術(shù)之一。纖維強(qiáng)化的復(fù)合材料因其各向異性的特性，在不同的方向上展現(xiàn)出不同的強(qiáng)度和導(dǎo)熱性能；而顆粒強(qiáng)化的復(fù)合材料則因其各向同性的特點(diǎn)在各個(gè)方向上表現(xiàn)均勻。
AlSiC復(fù)合材料，作為一種近凈成形的材料，不僅具備了高導(dǎo)熱率的特性，而且其制造過(guò)程中的近凈成形工藝能夠有效增大與冷卻液之間的接觸面積，從而提升散熱效率。這種材料的制造工藝相對(duì)復(fù)雜，包括加工準(zhǔn)備、滲透以及后續(xù)加工等多個(gè)步驟。尤其是在滲透環(huán)節(jié)中，需要在真空和高壓條件下將熔融狀態(tài)的鋁滲透到多孔的碳化硅半成品中，以形成具有所需性能的鋁硅合金。
思萃熱控利用AlSiC制造出的IGBT散熱底板在高電壓、大功率的工作環(huán)境下展現(xiàn)出了極佳的散熱性能和穩(wěn)定性，充分體現(xiàn)了其優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇。
隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能驅(qū)動(dòng)的新計(jì)算時(shí)代的發(fā)展，對(duì)半導(dǎo)體器件的需求日益增長(zhǎng)，同時(shí)也催生了市場(chǎng)對(duì)半導(dǎo)體材料的需求，半導(dǎo)體材料行業(yè)迎來(lái)快速發(fā)展的黃金期。在國(guó)家鼓勵(lì)半導(dǎo)體材料國(guó)產(chǎn)化的政策導(dǎo)向下，本土半導(dǎo)體材料廠商不斷提升半導(dǎo)體產(chǎn)品技術(shù)水平和研發(fā)能力，逐漸打破了國(guó)外半導(dǎo)體廠商的壟斷格局，推進(jìn)中國(guó)半導(dǎo)體材料國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，促進(jìn)中國(guó)半導(dǎo)體材料行業(yè)的發(fā)展。
數(shù)據(jù)顯示，2017-2019年中國(guó)半導(dǎo)體材料市場(chǎng)規(guī)模逐年增長(zhǎng)，從2017年的76億美元增長(zhǎng)至2020年的94億美元。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017-2020年全球62座新投產(chǎn)的晶圓廠中有26座來(lái)自中國(guó)大陸，占比超過(guò)40%，成為增速最快的地區(qū)。伴隨著5G時(shí)代的來(lái)臨，汽車(chē)電動(dòng)化進(jìn)程拉動(dòng)IGBT規(guī)模增長(zhǎng)。得益于對(duì)清潔能源高速增長(zhǎng)的需求，IGBT市場(chǎng)規(guī)模將持續(xù)增長(zhǎng)，IGBT市場(chǎng)在2020年的規(guī)模為54億美元，從2020年到2026年將以7.5%的復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2026年市場(chǎng)規(guī)模為84億美元。新能源車(chē)應(yīng)用作為IGBT市場(chǎng)規(guī)模的重要增量，2020年市場(chǎng)規(guī)模為為5.09億美元，2020-2026年的復(fù)合年增長(zhǎng)率為23%，預(yù)計(jì)2026年新能源車(chē)用IGBT市場(chǎng)規(guī)模為17億美元。
隨著5G、智慧物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，中國(guó)大陸的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)得以在眾多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)快速與全面布局，正逐步驅(qū)使全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)從韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣向中國(guó)大陸轉(zhuǎn)移。目前，我國(guó)已經(jīng)成為最大的半導(dǎo)體市場(chǎng)，并且繼續(xù)保持最快的增速，預(yù)計(jì)半導(dǎo)體市場(chǎng)增長(zhǎng)將持續(xù)帶動(dòng)半導(dǎo)體材料行業(yè)快速發(fā)展。
