热沉片是电子器件领域的被动散热元件,主要用作热量吸收器、散热器,通常为金属铜/铝、碳化硅铝、金刚石等材料组成,将其直接贴近发热表面,通过热交换将热量传递至空气、冷却液或附加散热器中。而金刚石材料具有超高热导率、高电阻率、低介电常数等特点,被视为最有发展前途的宽禁带半导体材料之一。
基于两者,金刚石热沉片作为以金刚石为核心的高导热散热材料,具备高导热、热膨胀系数匹配半导体芯片、绝缘/介电性能优异等多种优越性能,在宽禁带半导体功率模块应用方面正展现全新活力。
宽禁带半导体功率模块的应用方案
(1) 新能源汽车SiC功率模块
随着电机功率密度提升,IGBT/SiC功率模块的热流密度已突破 500W/cm²。通过将金刚石热沉片直接键合在 SiC 功率模块背面,形成“芯片—金刚石—散热器”的直通路径,可在模块内部直接导出汽车热点热量,将结温降低 20–35℃。同时,该方法还可以有效抑制器件因过热导致的降额和失控,大大提高新能源汽车功率密度和安全性。

拟议SiC功率模块的铜-金刚石复合嵌入式基板(a)实物图像(b)X射线图像(c)CDC的扫描电子显微镜图像

(左)使用金刚石/Cu复合材料的功率器件的模拟温度分布;(右)使用常规Cu散热器的功率器件的模拟温度分布

(对于不同散热材料,功率器件的结温随时间的变化)
(2) 工业变频器模块
工业电机驱动与变频系统中,金刚石热沉片已成为解决高功率密度散热瓶颈的首选方案。
在轨道交通和高功率电机驱动领域,金刚石热沉片同样是凭借其高热导率来提高 IGBT 模块的可靠性和一致性,以确保设备在高负载下长期稳定运行,提高整体效能。
