摘要：散热基板是一种用于传递和散发电子元件产生的热量的重要组件，广泛应用于电子设备、汽车、航空航天等领域。其主要功能是通过增大表面积和提高热量传导与辐射效率，确保设备在正常工作温度下运行，并延长其使用寿命。
散热基板是一种用于传递和散发电子元件产生的热量的重要组件，广泛应用于电子设备、汽车、航空航天等领域。其主要功能是通过增大表面积和提高热量传导与辐射效率，确保设备在正常工作温度下运行，并延长其使用寿命。
散热基板通常由金属材料制成，如铝基片和铜基片，其中铜基片适用于高散热性能要求的场合，而铝基片则适用于一般散热需求。此外，陶瓷基片和复合材料基片也逐渐被应用于散热领域，因其具有更好的导热性能、更轻的重量和耐腐蚀性，但成本较高限制了其广泛应用。
散热基板的设计通常采用片状或片状排列，表面可能有鳍片或凹凸结构以增加表面积，从而提高散热效果。其工作原理涉及热传导和热辐射，通常与散热风扇或散热器配合使用，以进一步提高散热效率。
在具体应用中，散热基板可以分为多种类型，例如铜平底散热基板和铜针式散热基板。铜针式散热基板因其针翅结构能够扩大散热面积，成为市场主流产品，广泛应用于新能源汽车和小型电子设备中。此外，散热基板还可以根据材料和结构的不同分为多层陶瓷基板、金属芯印刷电路板（MCPCB）、直接镀铜基板（DPC）等。
散热基板是电子设备中不可或缺的关键组件，通过优化设计和材料选择，可以显著提升设备的散热性能和可靠性。
散热基板的最新材料和技术进展主要集中在以下几个方面：
新型合金材料和纳米材料：
研究者们正在探索使用新型合金材料和纳米材料来提高散热效率。例如，一种新型合金材料被开发出来，具备优异的导热性能和轻量化特点，为大面积快速扩散热量提供了物理基础。
石墨烯等新型材料也被研究用于散热板，以实现散热效率的重大突破。
铝碳化硅基板（Al/SiC）：
铝碳化硅基板因其低原料成本、高导热、低密度和良好可塑性等显著优势，有望在LED封装基板中大面积推广应用。
铝碳化硅基板在IGBT散热领域也展现出巨大潜力，其高导热复合材料的热导率高达200W(m·K)，膨胀系数可调，密度小、重量轻，抗弯强度高。
陶瓷基板：
陶瓷基板如Al2O3、SiC、BN、BeO、Si3N4等因其良好的机械性能、热学性质和电学性质，在功率电子领域得到广泛应用。
氮化铝陶瓷基板（AlN）因其高热导率、高强度、高电阻率、低介电常数、无毒、与Si相匹配的热膨胀系数等优异性能，逐步取代传统大功率LED基板材料，成为最具发展前途的陶瓷基板材料。
金属基复合基板：
金属基复合基板如铝碳化硅基板结合了SiC陶瓷的低膨胀系数和金属Al的高导热率，具有低密度、低热膨胀系数、高热导率、高刚度等优点。
薄膜陶瓷基板：
薄膜陶瓷基板通过黄光微影制程制作电路，辅以电镀或化学镀方式增加线路厚度，使得其产品具有高线路精准度与高平整度的特性。这种基板在共晶/覆晶制程中被广泛应用于提升LED的发光功率与产品寿命。
高效散热封装基板：
新型高效散热封装基板通过设计加强结构、固定结构和散热结构（包括导热板、散热片和散热翅片），增大散热面积，加快散热速度，从而提高封装基板的散热效果和稳定性。
散热基板的最新材料和技术进展主要集中在新型合金材料、纳米材料、铝碳化硅基板、陶瓷基板、金属基复合基板、薄膜陶瓷基板以及高效散热封装基板的设计与应用。
热传导率（热导率）：热传导率是衡量材料导热性能的关键参数。热传导率越高，材料的散热能力越强。例如，铜的热传导率约为385 W/m·K，而铝的热传导率约为205 W/m·K。在陶瓷基板中，Al2O3材料的热传导率约为2024 W/m·K，而LTCC和HTCC基板的热传导率则显著降低，分别降至23 W/m·K和16~17 W/m·K。材料选择：
常见的散热材料包括铜和铝，它们具有较高的导热性能。此外，新型复合基板如Cu-In-Cu-Ti-AlN也表现出优异的散热性能。在LED领域，氧化铝陶瓷基板因其高热导率和绝缘特性而被广泛使用。结构设计：
散热基板的结构设计也会影响其热传导性能。例如，使用导热填充物或导热界面材料可以提高热量传递效率，减小热阻。此外，MCPCB基板中使用的高导热系数绝缘层材料也能有效提高热传导性能。测试与分析：
使用专业的测试设备如T3Ster可以对不同散热基板材料进行详细的热特性测量和分析。T3Ster能够提供稳态的结温热阻数据，并通过结构函数分析法分析器件热传导路径上每层结构的热学性能。实际应用中的表现：
在实际应用中，散热基板的热传导性能还受到其他因素的影响，如气流、环境温度等。因此，在评估时需要综合考虑这些因素。
针式散热基板：
新能源汽车电机控制器：针式散热基板因其优异的散热性能和小型化特点，在新能源汽车电机控制器中得到了广泛应用。例如，黄山谷捷公司与BYD等厂商合作，为新能源汽车电机控制器生产铜针板散热IGBT，每月生产近20万片。此外，针式散热基板还被广泛应用于其他厂商如士兰微、芯联集成等的功率半导体模块中。
直接液冷散热：针式散热基板通常用于直接液冷散热系统，这种散热方式能够显著提高散热效率，满足新能源汽车对散热性能的高要求。
平底散热基板：
工业控制和其他传统功率模块应用领域：平底散热基板在工业控制和其他传统功率模块应用领域得到了广泛应用，尽管其散热效率相对较低，但在对散热效率和模块小型化要求不高的场景中仍然具有优势。
新能源发电和储能领域：平底散热基板也逐渐扩展到新能源发电和储能等新兴领域，尽管其主要应用仍集中在工业控制等领域。
氮化硅陶瓷基板：
高温高压环境下的应用：氮化硅陶瓷基板因其高导热性、高可靠性和良好的抗弯强度，在新能源汽车的IGBT和MOSFET领域得到了广泛应用。例如，Tesla Model 3和比亚迪e3.0平台的SiC电控均采用了氮化硅陶瓷基板，显著提升了功率密度和效率。
市场表现与合作：
黄山谷捷的成功案例：黄山谷捷凭借其创新的冷精锻工艺和卓越的产品品质，成为全球功率半导体巨头英飞凌在新能源汽车电机控制器用功率半导体模块散热基板领域的最大供应商，并与博世、安森美、日立、意法半导体等国际知名厂商建立了长期稳定的合作关系。
高效散热：铜针式散热基板通过其独特的针翅结构大幅增加了散热表面积，显著提高了散热效率。这种结构设计使得功率模块能够实现更高效的热传导，从而提升整体散热性能。轻量化和紧凑性：铜针式散热基板采用精密加工技术，具有结构紧凑、轻量化的特点，这使得其在汽车电子、LED照明、高性能计算设备及功率电子设备等领域得到了广泛应用。高机械强度和耐腐蚀性：铜针式散热基板不仅具备高机械强度，还具有良好的耐腐蚀性，能够满足各种复杂环境下的使用需求。长寿命：由于其优异的材料特性和精密制造工艺，铜针式散热基板的使用寿命较长，能够长期稳定地提供散热支持。直接液冷散热：铜针式散热基板可以与冷却液直接接触，实现更为高效的液冷散热，特别是在新能源汽车等高要求应用场景中表现突出。生产工艺复杂：铜针式散热基板的生产过程对技术和设备要求较高，尤其是粉末冶金技术和精密锻造技术。这些工艺不仅成本较高，而且对模具和技术要求严格。定制化程度高：由于电控功率模块技术更新速度快且结构复杂，各厂商封装方案不同，客户通常需要根据具体应用场景和技术要求与供应商协商确定产品的具体技术参数，这导致铜针式散热基板具有较高的定制化特征。原材料成本高：铜针式散热基板的核心原材料如铜板和铜排价格较高，这在一定程度上增加了生产成本。技术指标未完全标准化：目前，铜针式散热基板的技术指标尚未完全标准化和通用化，这可能会影响其在不同应用场景中的适用性和互换性。铜针式散热基板凭借其高效的散热性能、轻量化设计和长寿命等优势，在汽车电子、LED照明、高性能计算设备及功率电子设备等领域得到了广泛应用。
高功率密度和热流密度的提升：随着电子设备的集成化、微型化和高功率密度的发展，功率模块的体积减小和功率等级的提高导致热流密度不断提升，给功率模块的封装热管理带来了极大挑战。材料选择和热导率：选择一种兼具高热导率与良好电绝缘性的基板材料是解决电子器件散热问题的关键。然而，寻找具有高导热率、低热阻和良好可靠性的材料可能具有挑战性。小型化和外形尺寸限制：电子设备小型化的趋势给基板制造商带来了挑战。缩小的外形尺寸和有限的空间限制要求基座紧凑、薄且轻，同时保持有效的热管理能力。高开发和制造成本：开发和制造具有先进热管理功能的基板可能涉及高成本，特别是特殊材料的使用、先进的制造工艺和严格的质量控制措施构成了总体费用。复杂的制造工艺：生产基板所涉及的制造工艺可能很复杂，并且需要专门的专业知识和设备。实现精确的尺寸、严格的公差和最佳的导热率可能具有挑战性。标准化有限：基板市场缺乏标准化设计和规格，这可能给制造商和客户带来挑战。由于缺乏广泛接受的标准，很难在不同的设备或平台之间互换底座。集成挑战：将基板集成到整个设备组装或封装中可能会带来挑战。装配中的基板和其他材料之间的热膨胀系数 (CTE) 差异可能会导致可靠性问题，例如破裂、分层或机械应力。散热性能与成本的平衡：在设计阶段需要综合考虑各方面的因素，平衡散热性能与成本。为了保证散热性能，可能需要增加散热器尺寸或使用更昂贵的散热材料，这些都会增加开发成本。环境适应性和可靠性：散热基板需要在复杂严苛的使用环境中保持其性能和可靠性，客户对产品安全性、可靠性等有严格要求。冷热循环下的稳定性：在急遽的冷热循环变化下，一般规格散热铝基板由于基板中的铝板底材与陶瓷电阻芯片的热膨胀系数差异大，将致使焊接区域于冷热循环的环境下可能发生焊锡裂纹或断裂。来源：小萱科技圈
