IGBT模块是电力电子系统的核心，其可靠性直接影响设备寿命。散热不良是导致模块失效的首要原因。选择合适的散热器并正确应用，能显著降低结温，减少热应力，是提升系统稳定性的关键实践。本文详解散热原理与落地方案。
一、 IGBT散热为何如此重要
电力转换过程中，导通损耗和开关损耗会使IGBT芯片产生大量热量。若热量无法及时导出，将导致：
* 结温超标：半导体材料特性恶化
* 热循环疲劳：焊层与键合线因反复膨胀收缩开裂
* 性能下降：导通压降增大，开关速度变慢
研究表明，结温每升高10°C，部分功率模块的失效率可能翻倍 (来源：行业可靠性报告)。
散热的核心目标
- 维持安全结温（Tj < 最大额定值）
- 减小温度波动幅度（ΔTj）
- 实现温度均匀分布
二、 散热器选型与设计关键点
散热器性能主要由其热阻（Rth） 决定。热阻越低，散热能力越强。
影响热阻的主要因素
- 材料导热性：常用铝合金（成本低）、铜（导热佳）或复合材料。
- 散热面积与鳍片设计：增大有效散热面积，优化气流通道。
- 表面处理：阳极氧化可增强辐射散热并绝缘。
- 接触界面：模块底板与散热器接触面的质量至关重要。
优化接触界面的实践
- 表面平整度：保证良好机械接触。
- 导热界面材料：涂抹优质导热硅脂或使用导热垫，填充微观空隙，降低接触热阻。
- 安装压力：均匀且符合规格的锁紧力矩，确保紧密贴合。
三、 安装维护与系统集成策略
正确的安装和日常维护能最大化散热器效能并延长IGBT寿命。
安装注意事项
- 清洁接触面：安装前彻底清洁模块底板和散热器表面，去除油污、氧化层。
- 均匀涂抹TIM：薄而均匀地涂抹导热介质，避免气泡。
- 分步对角紧固：按厂商推荐顺序和扭矩拧紧安装螺丝，防止模块变形。
系统级散热优化
- 强制风冷设计：根据散热器风阻特性选择匹配的风扇，确保足够风量穿透鳍片。
- 风道优化：减少气流死区，避免热空气回流。
- 定期维护：清洁散热器鳍片积尘（灰尘层显著增加热阻），检查风扇运转状态。
四、 常见散热问题排查
识别散热异常有助于及时干预：
* 温升异常快：检查TIM是否干涸失效、风扇是否停转、风道是否堵塞。
* 模块间温差大：检查安装压力均匀性、导热介质涂抹情况、散热器平整度。
* 散热器局部过热：可能因气流分布不均或接触不良导致。
