基于Ansys Icepak实现SiC功率模块更有效的热管理

碳化硅功率器件具有耐高压、开关速度快和导通损耗低的优势，也逐渐成为新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网等领域电力变换系统的核心器件。

在额定电流和电压相同的前提下，碳化硅器件的尺寸比硅器件可以做到更小，这对高功率密度、高散热能力的模块设计与制造提出了更严苛的要求。功率模块的热性能表现直接关系到其工作的可靠性和使用寿命，功率器件的散热方式主要包括空冷、液冷、相变冷却等，其中液冷散热是应用最广泛、技术最成熟的一种方式。目前，对于液冷冷板的研究主要集中在流道设计与优化方面。

Ansys Icepak作为全尺度电子热管理仿真，轻松应对芯片封装级、PCB板级、组件设备级，再达到系统级，支持MCAD机械模型和ECAD电子设计模型的无缝组合，可以充分考虑带有走线和过孔信息的基板对传热性能的影响，更是提供了丰富多样的模型设计方法以及器件库，基于Ansys Fluent高鲁棒性内核算法，为电子器件的热设计优化提供了强有力的仿真指导，高效确定更优散热方案，缩短研发周期。

芯片封装级层面的温度场分析以及热阻计算：

封装模型搭建以及基板信息导入

自动化热阻模型搭建以及热阻计算

水冷板热流场仿真：
下面展示的是某电机控制器功率模块水冷散热仿真案例，冷却液入口冷却剂50%水+50%乙二醇，10L/min，55℃；IGBT的热耗可以根据通态损耗、开通关断损耗之和来作为总的输入热耗，器件热损耗：稳态：648Wx3。

Icepak中也提供了多种湍流模型供选择；在强制对流散热的情况下，可以忽略辐射作用的影响，冷板与外界空气的对流可以通过直接在壳体壁面上定义一个经验的对流传热系数和环境温度。

电动汽车控制器（IGBT）结构图

通过icepak热仿真计算可以获取到最终的温度分布，通过对温度云图以及冷却流道内流动矢量图的进一步后处理检查：

借助Ansys Icepak电子散热仿真工具，可以在封装端进行快速的温度场分析以及热阻信息提取，在逆变器、控制器等设备级层面为功率器件的布局以及水冷板的设计和优化提供强有力的散热性能评估和优化，通过工程仿真平台，为优化更合理的散热方案提供理论支撑。