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IGBT，作为当前功率半导体器件的佼佼者，凭借结合了MOSFET与双极晶体管优点的独特性能，在工业领域得到了广泛应用。而液态金属，这一前沿新材料，则以其超高的热导率吸引了众多目光。然而，其存在的渗漏、浸润性不佳以及易腐蚀金属等问题，在一定程度上限制了其广泛应用。

IGBT，被誉为电力电子装置的“CPU”，是能源变换与传输的核心功率器件。它由双极型三极管与绝缘栅型场效应管复合而成，兼具两者优点，成为全控型电压驱动式功率半导体器件的代表。IGBT模块，作为IGBT与FWD通过特定电路桥接的封装产品，因高输入阻值、快速开关速度、低通态电压、高阻断电压以及大承受电流等特点，在变频器、高铁、新能源汽车等领域发挥着至关重要的作用。

然而，随着半导体技术的不断进步，芯片尺寸的缩小对封装技术提出了更高的要求。电气产品向微型化和密集化的发展趋势，使得电子器件的功率和散热需求日益增加。如何高效地将芯片的耗散热导出并释放到外界环境中，成为封装设计必须面对的重要挑战。局部高温不仅会影响电子元器件的性能，还会缩短其使用寿命，因此，降低芯片结温及封装模块整体工作温度显得尤为重要。99年，《终结者2：审判日》在美国上映，该片中的液态金属机器人T-，以电脑特效完全生成，成为电影特效史上的里程碑。其变形能力令人叹为观止，而这也预示着液态金属在科技领域的应用潜力。

液态金属，通常指在室温下保持液体状态的金属或合金，因其高表面张力、高电导率和热导率等特性而备受瞩目。目前，以金属镓及其合金（如In和Sn）为代表的液态金属，正成为研究的热点。随着半导体功耗的显著提升，传统的导热硅脂已难以应对芯片产生的巨大热量，这使得液态金属成为半导体厂商的新选择。

、面临的挑战

在当前的半导体行业中，随着产品功耗的显著提升，传统的“芯片+硅脂”热管理方案逐渐面临挑战。这引发了一个重要问题：是否还能单纯依靠这种经典方案来满足大功率发热半导体模块的散热需求？

为了深入探讨这个问题，我们以市场上的一款IGBT模块为例，借助云端分析工具来评估导热硅脂是否需要被液态金属等新型材料所替代。然而，在考虑更换导热材料时，产品厂商及其材料、热设计团队常常会面临一系列难题。2.性能与贴合度的双重考量：在评估导热硅脂时，我们不仅需要怀疑其性能是否足够，还要考虑其涂敷贴合程度是否达到理想状态。有时，即使两种导热硅脂的热导率相近，它们在实际应用中的散热效果也可能大相径庭，这主要取决于其与半导体模块的贴合程度。

2.调研与选择的困境：寻找新的导热材料需要投入大量时间进行市场调研。然而，面对琳琅满目的导热材料选项和繁杂的TDS文档，我们往往不知道该如何下手，哪一种材料才能最符合当前产线的需求。

资源与效率的挑战：预算有限的情况下，我们无法对所有可选的导热材料进行全面的测试评估。而且，多次试验不仅耗时耗力，还可能对产线造成不必要的干扰和损失。

贴合度对散热效果的影响：有时，我们甚至需要深入探究导热硅脂的涂敷贴合程度对散热效果的具体影响。因为即使热导率相近的导热硅脂，在相同条件下，其贴合程度的不同也可能导致散热效果的显著差异。在工具导热材料数据库中，我们选取了两款导热硅脂进行对比分析。如上图所示，虽然第一款材料的热导率达到5.0W/m·K，相较于第二款的3.3W/m·K更高，但值得注意的是，其粘度也相应地高出许多，达到Pa·s，远大于第二款的78Pa·s。这种粘度差异可能会影响两款导热硅脂在相同压力下的扩散覆盖效果。如上图右侧所示，第一款导热硅脂在扩散覆盖方面可能表现不佳，进而影响其散热效果。

3、导热材料调研的挑战

在浩如烟海的材料数据中寻找到合适的导热材料，往往需要花费大量的时间和精力。然而，通过合理利用TDS文档中的信息，我们可以更高效地进行调研。一种实用的方法是，先综合考量材料的热导率和BLT（最小涂敷厚度），再结合粘度和工作温度等关键参数，进行初步的比对和筛选。这样一来，我们就能在无需通篇阅读文档的情况下，迅速锁定可能符合需求的导热材料，从而提升调研的效率。

4、新导热材料与产线适配性的考量

在选择导热材料时，我们往往会被其出色的性能参数所吸引。然而，除了性能本身，能否与现有产线顺利匹配也是一个不容忽视的考量因素。大幅度改动产线可能导致替换成本显著上升，因此，在初步判断新导热材料是否合适时，我们需要深入了解其具体的使用要求、涂敷或涂刷的难易程度以及自动化操作的可行性。这些信息将为我们提供宝贵的参考，帮助我们做出更明智的决策。图示了液态金属在工业中的一些应用实例。针对液态金属浸润性差的问题，华硕创新了一种自动化处理工艺，通过自动涂刷和精确点位注入，实现了在ROG系列游戏笔记本上的成功应用。而索尼PS5则巧妙地采用了凸台垫圈设计，有效解决了液态金属可能出现的泄漏问题。这些实例表明，尽管液态金属的热导率远高于硅脂，但其使用要求颇为严格，涂刷过程相对复杂，自动化程度也可能相对较低。因此，在初步评估导热材料是否适合当前产线时，这些信息为我们提供了重要的参考。上图展示了导热硅脂的一些应用示例。导热硅脂可以直接涂敷在带盖芯片上，例如常规的CPU芯片，以及裸芯片上，如AI芯片等。然而，裸芯片上的应用有时会出现所谓的“PumpOut”现象。通过这些具体的应用案例，我们可以更深入地了解硅脂的优缺点。上图展示了一种导热垫片的应用示例。对于那些发热量较大的分立器件，例如MOS，可以通过螺丝紧固的方式将导热垫片与散热器相连结，从而实现更有效的热管理。此外，我们还可以借助丰富的应用案例数据库，进一步探索垫片的更多应用方式。

5、“液态金属”与“导热硅脂”的对比

为了深入探讨大功率IGBT模块导热材料的选择问题，我们对比了“导热硅脂”和“液态金属”这两款产品。在某工具的半导体器件数据库中，我们选取了一款IGBT，其结壳热阻为0.09℃/W，总功率损耗为W。同时，在导热材料数据库中，我们也选择了某款导热硅脂和某款液态金属进行对比。在参数方面，我们主要

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