絕緣柵雙極晶體管（insulated gate bipolar transistor，IGBT）是新能源轉換系統和高壓電源開關裝置中的關鍵部件，也是大功率半導體中具有代表性的平臺器件，它能大幅提高電機驅動的效率，目前廣泛應用于照明、汽車、高鐵等領域。它作為新型功率半導體器件的主流器件，無論在工業、 通信、3C電子等傳統領域，還是軌道交通、新能源、智能電網、新能源汽車等戰略性新興產業領域，IGBT都發揮著至關重要的作用。
IGBT模塊即是功率器件，其具有驅動電壓低、功率處理能力強、開關頻率高等優點。但也離不開熱學特性，功率半導體模塊的弱點是過壓過熱，因此，其處理熱量的能力則會限制其高功率的應用。作為一個具有高熱流密度的電力電子控制電路的核心功能器件，大部分的 IGBT 模塊的失效都與熱故障有關，熱量的積累會嚴重影響器件的工作狀態和性能，若溫度過高（150°C），也會對整個系統模塊的正常運行構成嚴重威脅，甚至是損壞。因此，對IGBT做有效的熱檢測與管理十分重要。正和鋁業針對高熱流密度元器件有專業的技術及設計工程師，可以針對不同的IGBT項目設計高效，穩定，緊湊輕便的液冷換熱方案。
一，IGBT的熱管理
IGBT因其高功率密度而產生大量熱量，功率器件與散熱器之間存在的空氣間隙會產生非常大的接觸熱阻，顯著增大兩個界面之間的溫差。為了確保IGBT模塊高效、安全和穩定地工作，對其熱管理技術也是新型產品設計和應用的最重要環節。一般用來降低界面接觸熱阻的方法是填充柔軟的導熱材料，即熱界面材料（Thermal Interface Materials，TIM）。合理的選擇TIM，不僅要考慮其熱傳導能力，還要兼顧生產中的工藝、維護操作性及長期可靠性。10℃法則表明：器件溫度每降低10℃，可靠性增加1倍，目前由于IGBT因熱失控而導致失效的現象最為常見，可以說，大部分的IGBT功率半導體模塊的失效原因都與熱量有關，因此，可靠的熱管理是保障IGBT長期使用的當務之急。IGBT的可靠性也成為目前行業研究的熱點所在。
二、IGBT散熱的分類
目前IGBT散熱形式有2種：被動散熱（通過自然對流的方式進行散熱，無需借助外界力即可將熱量散至大氣環境中）和主動散熱（如風冷或水冷）。
1、被動散熱包括：
翅片散熱：IGBT 產生的熱量將通過散熱器翅片自然對流散發；
熱管冷卻技術：作為兩相傳熱設備的熱管，具有低傳熱溫差、高傳熱性能，高有效熱導率優點，工作原理簡單，無需機械維護，純簡單易操作的被動方式（若嵌入翅片，散熱效率將有更大的提升）；
基于相變材料（Phase Change Material,PCM）的散熱：利用物質在相變時釋放或吸收潛熱，實現傳熱控制的新型材料。
2、主動散熱包括：風冷散熱技術：對有大功率和熱通量的IGBT散熱需求提供足夠的冷卻，強化風冷散熱的措施主要為增大散熱面積、提高換熱系數和合理設計風道，這與散熱器材料，結構，翼片等有關。相較于自然冷卻的方式，強制風冷的散熱量可提高5~12倍。但需要注意的是強制風冷需要配置風機和風路，可能會產生較大的噪音。
液冷散熱技術：當設備的功率十分大時（兆伏安級別下），受風道、風壓與噪聲指標等條件的限制，強制風冷散熱技術無法滿足更高的散熱需求時，水冷散熱是個很好的選擇，液冷板散熱系數約為空氣自然冷卻的100-300倍。有時出于對絕緣性要求的考慮，在高壓大功率的電力電子裝置中會使用油冷式散熱。
三，JONES針對IGBT模塊的高效熱管理方法
從熱設計的角度而言，可以從三個方面降低熱阻：封裝材料，TIM，散熱器。目前，IGBT主要散熱方案為風冷與液冷，將IGBT直接安裝在散熱器上，IGBT模塊的熱量通過TIM直接傳遞到散熱器的外殼，再通過風冷或液冷強制對流的方式將熱量帶走。
近年來，對IGBT用TIM提出了更高的要求：低熱阻及長期使用的可靠性。為了保障客戶對不同IGBT模塊散熱需求，JONES針對客戶的不同應用需求，提出多項選擇的高可靠性散熱解決方案。
1、JONES 21-6series 系列TIM石墨
保駕IGBT模塊，長效可靠不維修
JONES 21-6series系列 TIM石墨系列屬于低密度石墨，具有一定的壓縮性能，因其具有長期使用可靠性已在客戶大量應用。JONES工程師用 200μm TIM 石墨和 3.3W/m·K 常規 Thermal Grease 進行了壓縮—熱阻測試對比，在 70 PSI 的壓縮應力下，TIM 石墨的熱阻更低，具有更加優異的導熱效果，并且具有長期的耐高低溫性能?？纱蠓冉档涂蛻艉笃谝蚓S修產生的費用。與此同時，TIM 石墨水平熱擴散系數達到900 mm2/s，且可模切成特定形狀易安裝，目前已實現在終端客戶的自動化裝配。
2、JONES 21-4series 系列抗“Pump-out”導熱硅脂
保護IGBT模塊，安全運行恒穩定
導熱硅脂因其表面潤濕性好，接觸熱阻低，最早作為 TIM 應用在 IGBT 模塊。但受功率器件長期工作熱脹冷縮的影響，根據以往使用傳統導熱硅脂的經驗，多少會存在固有材料的遷移現象，也就是所說的“泵出”（pump-out）的問題，從而使 IGBT 模塊與散熱器之間產生空氣間隙，接觸熱阻增大。另一方面，傳統硅脂還會隨著小分子硅油的揮發，出現砂化變干的問題，從而影響散熱效果，且后期維護不易清理、厚度不可控。因此，傳統硅脂散熱方案，也會使客戶對IGBT模塊的可靠性和性能會產生疑慮。
JONES抗“Pump-out”導熱硅脂系列產品，完美解決傳統導熱硅脂泵出問題，確保 IGBT 模塊更加有效的散熱和可靠的運行。
3、JONES 21-7series 系列導熱相變材料
保障IGBT模塊，釋放潛熱新選擇導熱相變材料是一種隨溫度變化而改變形態的材料。JONES 21-7系列導熱相變材料，在室溫下保持固態，直到 IGBT 模塊設備的工作熱量使其“熔化”并浸潤整個界面，其極低的熱阻可高效的將熱量導出。在低于相變溫度時，又轉變成固態，可避免像導熱硅脂那樣溢出的風險。
JONES持續探索熱界面材料新配方，應對IGBT模塊導熱的新挑戰，確保設備在其生命周期內，具有穩定的熱性能而開發更加散熱高效和運行可靠的整體熱管理解決方案。
因此，盡管目前主動散熱中的“液冷”方式由于是借助了外力的散熱，可有效提高散熱器的散熱效率1~2個能量級，冷卻速度更快，特別深受市場的青睞，但是IGBT在高功率環境中的散熱問題，到底是選用主動散熱還是被動散熱，這都要是根據產品的使用場景和工況去選擇合適的散熱方式