功率半導體方案的發(fā)展方向并不是提升轉換效率而已，散熱表現(xiàn)也是功率半導體相當重要的因素。所以不管是在新一代的功率模組或是高壓切換元件，都將提升散熱的表現(xiàn)的設計加以導入。

散熱將是半導體從業(yè)者決勝關鍵

全球P半導體領頭集團英飛凌收購PCB制造商Schweizer Electronic股份，其主要目的之一也是為了相中了Schweizer Electronic公司在PCB半導體領域上先進的散熱技術，從而形成技術互補。行內人士對于此次收購都直言：很明顯，接下來功率半導體從業(yè)者會將研發(fā)的注意力放在“散熱”性能的表現(xiàn)上，這也將是功率半導體業(yè)者們的決戰(zhàn)點之一。

雖然PCB如今是將芯片連在它們的正面和反面上，但芯片嵌入技術未來可讓半導體被“嵌入”到PCB里面。這有利于縮小PCB體積，該技術還能改進芯片冷卻工藝，使芯片產生的熱量直接通過PCB散發(fā)掉。這對于需要高功率的功率半導體迄今一直需要采用復雜的冷卻技術的應用特別有益，就比如汽車中的電動轉向系統(tǒng)、主動懸架系統(tǒng)或電動水泵等可用空間很小的模塊系統(tǒng)獲益匪淺。這正是芯片嵌入技術的用武之地。

半導體目前制冷散熱方式

目前市場的半導體的散熱方式主要是與散熱片或散熱器連接的方式進行熱量的傳遞，其主要結構是由N型半導體、P型半導體、導線和陶瓷絕緣外殼組成。N.P型半導體通過金屬導流片鏈接，當電流由N通過P時，電場使N中的電子和P中的空穴反向流動，他們產生的能量來自晶管的熱能，于是在導流片上吸熱，而在另一端放熱，產生溫差”——這就是半導體制冷片的制冷原理。其中與CPU和顯卡接觸的一端為冷端，與散熱器接觸的一端為熱端。通電后熱量從冷端轉向熱端，使冷端的溫度降低，同時熱端的溫度會相應的升高。但如果半導體散熱片冷熱兩端溫度相差過大，同時遇到空氣比較潮濕的環(huán)境，散熱片冷端容易產生“結露”問題，從而容易造成電路短路。因此使用半導體散熱片時應注意控制冷熱兩端溫差并且及時處理掉凝結的水露。

而對于半導體散熱片的“結露”問題，則是通過風扇來解決的，以風扇的力量給半導體散熱片降溫，直至汗水被清干為止。

傳統(tǒng)半導體散熱方式優(yōu)缺點

優(yōu)點:能使溫度降到非常理想的室溫以下；并且可以通過使用閉環(huán)溫控電路精確調整溫度，溫度最高可以精確到0.1度；可靠性高，使用固體器件致冷，不會對CPU有磨損；使用壽命長。

缺點：CPU周圍可能會結露，有可能會造成主板短路；安裝比較困難，需要一定的電子知識。比較保險的方法是讓半導體制冷器的冷面工作在20℃左右為宜

功率半導體散熱裝置設計注意要點

(1)通常對IGBT或晶閘管來說，其pn結溫不得超過125℃，外殼溫度設定為85℃。有研究表明，功率器件散熱設計關乎整個設備的運行安全。

(2)選用耐熱性和熱穩(wěn)定性好的元器件和材料，以提高其允許的工作溫度。第一代的半導體材料以硅（包括鍺）材料為主，以砷化鎵（GaAs）為代表的第二代化合物半導體材料。而以氮化物（包括SiC、ZnO等半導體）為第三代半導體材料。

(3)減小設備(器件)內部的發(fā)熱量。為此，應多選用微功耗器件，如低耗損型IGBT，并在電路設計中盡量減少發(fā)熱元器件的數(shù)量，同時要優(yōu)化器件的開關頻率降低開關損耗以減少發(fā)熱量。

(4) 采用適當?shù)纳岱绞脚c用適當?shù)睦鋮s方法，加快散熱速度。功率半導體裝置的冷卻設計主要考慮功率半導體器件和某些產高溫器件(如大功率繞線電阻)的散熱以及降低機柜內空氣溫度。常用的冷卻方式為強迫空氣冷卻(使用鋁型材散熱器、熱管散熱器等)和循環(huán)水冷卻。

　　采用強迫空氣冷卻(風冷)時，值得注意的是①散熱器的制造工藝不同其導熱系數(shù)差距很大，如同樣散熱面積的插片式散熱器的熱阻值要比鋁合金型材散熱器大好多。②散熱器底板厚度應滿足熱的傳導，特別是應用浪涌電流工作的設備如軟啟動器需用底板厚20mm以上。③翼片的數(shù)目與波紋在保證最大散熱面積的前提下要考慮流體阻力，翼片的高度與厚度之間的比例要合理。

　　采用循環(huán)水冷卻方式可以大大提高散熱效率，可使芯片在較低的溫度下工作，提高其壽命。但采用循環(huán)水冷卻方式需要有水循環(huán)與處理設備。采用該方式時，應注意：①為防止純水引起生銹與結凍，一般采用水與醇混合物。混合比例會影響到冷卻液的熱阻，當混合比例為50%時，其熱阻一般增大50%。②正常情況下應保證水的流速不小于8升/分。 ③在高溫濕熱的環(huán)境中，空氣中的相對濕度比較高，當水溫較低，水冷散熱器表面的溫度低于露點時，表面會結露，影響絕緣。應按標準要求采取措施，適當提高水溫，降低環(huán)境空氣的相對濕度。

(5)器件在散熱器上安裝時應注意其安裝位置。器件在散熱器上的布局應注意以下幾點: ①散熱器的中心位置熱阻最小。②在一個散熱器上安裝多個功率器件時，如器件發(fā)熱功耗不一，對產生大功耗的器件應給予最大的面積。③安裝模塊的散熱器表面，應注意平面度和表面粗糙度。表面如有凹陷會直接導致接觸熱阻的增加。為使接觸熱阻變小，在散熱器與功率元件的安裝面之間應均勻涂一層極薄的導熱硅脂，只填充不平處的凹陷，保證原金屬間的接觸，并施加合適的緊固力矩，使接觸熱阻不超過數(shù)據(jù)手冊要求的值。