日本同和控股有限公司(DOWA ホールディングス株式会社,以下简称DOWA)开发了一种轻质、高冷却能力和低压力损失的电源模块冷却系统。该铝制电源模块电路板,集成了用于冷却功率模块的带状鳍片散热器,具有重量轻,冷却性能高和压降低等优势,与针状鳍片散热器在同等条件下对比,其热阻降低了约15%,压力损失降低了约60%。
传统上,功率模块的冷却系统是通过使用焊料或导热油脂将电路板、散热器底座粘合在一起的。然而,近年来,由于功率元件的高度集成化和小型化,对散热的要求越来越高,这推动了不使用焊料或导热油脂的一体化冷却结构的发展,称之为直接冷却结构,这种结构具有很高的导热性,如图1。
图1:功率模块结构的差异
对于这种直接冷却结构,DOWA 利用其专有的铝熔融直接粘合技术,开发并销售具有一流散热性能的集成了圆柱形针状鳍片散热器的铝电路板(图2)。为了使这种铝电路板的散热效果更好,采用的方法往往是让鳍片更密集,使用热导率更高的材料,并增加冷却水的用量。然而,这些方法在制造、耐久性、耐腐蚀性、冷却泵容量、重量、安装面积和成本方面有其不足。
图2:集成针状微鳍片散热器的铝制电路板
因此,DOWA开发了一种新的集成带状鳍片散热器的铝电路板(图3), 新开发的产品可以通过调整鳍片弧度曲率、高度、厚度和间距来形成不同的鳍片形状,因此有望在多个领域得到应用,如电动汽车和混合动力汽车的IGBT功率模组散热,新能源和工业应用等需要高效冷却技术的领域。
图3:集成微带状结构鳍片散热器的铝制电路板
新开发的集成了微带状鳍片散热器的铝电路板具有以下特点:
1、在保持原有直接冷却结构的情况下,在散热器上形成了细小的带状鳍片。
(带状翅片是采用中村制作所专有的加工技术--Aurora Fin极光鳍工艺制造的)
2、与具有世界顶级散热能力的集成圆柱形针状鳍片的铝制基板相比,其热阻减少了约15%,压力损失减少了约60%(图4,对比测试)。
3、与相同尺寸的直接冷却铜质散热器相比,重量明显减轻,由于采用了高度抗腐蚀的高纯度铝,不需要对鳍片进行电镀。
4、简单的形状设计允许应用DOWA独特的新制造工艺,大大减少了制造过程,从而降低了总体成本。
图4:冷却水注入温度为65°C时,基板上安装的功率元件的温度变化和回路压力损失变化
通过将自己的电路板技术和中村制作所的鳍片加工技术紧密结合,DOWA 将继续开发适合不断变化的应用需求的新产品。