IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），絕緣柵雙極型晶體管，是由（Bipolar Junction Transistor，BJT）雙極型三極管和絕緣柵型場效應(yīng)管（Metal Oxide Semiconductor，MOS）組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件， 兼有（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor， MOSFET）金氧半場效晶體管的高輸入阻抗和電力晶體管（Giant Transistor，GTR）的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動電流較大；MOSFET驅(qū)動功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點，驅(qū)動功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動等領(lǐng)域。
IGBT是功率半導(dǎo)體器件，可以說是電動車的的核心技術(shù)之一，IGBT的好壞直接影響電動車功率的釋放速度。特斯拉Model X使用132個IGBT管，其中后電機為96個，前電機為36個IGBT約占電機驅(qū)動系統(tǒng)成本的一半。
再比如在在充電樁的應(yīng)用上，當(dāng)220V交流市電給電池充電時，需要通過IGBT設(shè)計的電源轉(zhuǎn)換電路將交流電轉(zhuǎn)變成直流電給電池充電，同時要把220V電壓轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)碾妷阂陨喜拍芙o電池組充電。
而IGBT模塊的封裝結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新使得雙面散熱（double-sided cooling， DSC）功率模塊比傳統(tǒng)單面散熱（single-sided cooling， SSC）功率模塊具有更強的散熱能力和更低的寄生參數(shù)。雙面散熱汽車IGBT器件在豐田（Denso）、通用（Delphi）、特斯拉（ST）等廠家的成功批量應(yīng)用使得雙面散熱汽車IGBT器件熱測試越加重視。
IGBT廣泛運用在了高鐵、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、電動汽車與新能源裝備等領(lǐng)域應(yīng)用極廣。IGBT的封裝結(jié)構(gòu)主要由IGBT芯片，DBC導(dǎo)熱基板，封裝材料，電連接端子等組成，芯片主要為Si，SiC，GaN等，DBC覆銅陶瓷導(dǎo)熱基板的陶瓷材料主要有Si3N4，AL2O3，ALN等。隨著功率電子器件正向高密度化，大功率，小型化發(fā)展，大規(guī)模運用電子器件給我們的生活帶來便利的同時，越來越高功率使得電子器件的散熱問題愈發(fā)嚴(yán)重。
傳統(tǒng)的功率模塊采用單面冷卻結(jié)構(gòu)，主要包括功率芯片、鍵合線、功率端子、外框、絕緣基板（DBC）、底板以及內(nèi)部的灌封膠等，將底板固定在冷卻器表面，功率芯片損耗產(chǎn)生的熱量通過絕緣基板、底板單方向傳導(dǎo)至散熱器。但是對于一些小尺寸高功率的模塊不能使用傳統(tǒng)的單面冷卻結(jié)構(gòu)滿足其散熱需求，雙面散熱越加重要。
在這樣的背景下雙面散熱汽車IGBT模塊同時向正、反兩面?zhèn)鲗?dǎo)熱量，其熱測試評估方式需重新考量。很多的科研人員對雙面散熱功率模塊的一維熱傳遞模型進行了研究。
株洲中車時代半導(dǎo)體有限公司、新型功率半導(dǎo)體器件國家重點實驗室的羅哲雄、周望君、陸金輝、董國忠，在2022年第12期《電氣技術(shù)》發(fā)布論文，“雙面散熱汽車IGBT模塊熱測試方法研究”為雙面散熱汽車IGBT器件熱測試評估方式創(chuàng)新提供了非常好的參考。
該論文重點研究雙面散熱汽車IGBT模塊熱測試方法。首先提出一種新的雙界面熱測試思路，然后基于一款雙面散熱汽車X模塊的封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計開發(fā)熱測試工裝，并完成熱界面材料的調(diào)研與選型，同時對模塊不同壓裝方式進行對比研究，開發(fā)出一種適用于雙面散熱汽車IGBT模塊的單面熱阻抗測試方法，并成功實現(xiàn)X模塊的雙面與單面熱阻測試，最后對比單面與雙面熱阻值、實測值與仿真值之間的差異，并討論差異的產(chǎn)生原因與修正手段。
在論文中提出一種適用于雙面散熱汽車IGBT模塊的雙界面散熱結(jié)構(gòu)熱測試方法，可實現(xiàn)單面熱阻測試，對比單面與雙面熱阻值、實測值與仿真值之間的差異；詳細(xì)的細(xì)節(jié)大家可以參考該論文。
綜合整理自《電氣技術(shù)》《電工技術(shù)學(xué)報》等
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