双面散热功率模块的热阻建模与测试表征研究

• 作者: 余跃 曾正 孙鹏 王亮 王金 欧开鸿
• 来源期刊: 中国电机工程学报
• 学科: 工学
• 关键词: 功率模块 双面散热 双通道传热 热阻建模 表征方法
• 年，卷（期）: 2022,（1）
• 所属期刊栏目: 电力电子与电力传动|Power Electronics and Drives
• 页码范围: 290-301,中插24
• 页数: 13页
• 分类号: TM131.2
• 语种: 中文
• DOI: 10.13334/j.0258-8013.pcsee.210172

摘要

相对于单面散热(single-sided cooling,SSC)封装,双面散热(double-sided cooling,DSC)封装能有效降低功率模块的结–壳热阻,大幅提升变流器的功率密度,是功率集成的发展趋势.DSC功率模块具有双通道传热的特征,然而现有研究仍然沿用SSC功率模块单通道传热的热阻模型和评测方法.因此,DSC功率模块的热阻研究存在物理意义不明、热路模型缺乏、评测方法空白等基础问题,严重制约DSC功率模块的装备研发、可靠运行和规模应用,亟待技术突破.文中基于等温剖面和温度梯度的概念,揭示功率模块热阻的传热学机理,阐释DSC功率模块热阻的物理意义,建立DSC功率模块的热路模型,分析双通道传热和单通道传热的热阻规律,仿真分析和实验测试的结果,验证模型和方法的可行性和有效性.结果表明:相对于SSC功率模块,DSC功率模块的双通道热阻,从物理上、数学上和表征上,都不是两个单通道热阻的直接并联.此外,DSC功率模块在降低73％尺寸的同时,可以降低65％的结–壳热阻.这些研究发现将为DSC功率模块的研发与应用及制定多通道传热半导体器件的热阻标准,提供有益的参考.