Передовые перспективные материалы для электронной упаковки и управления тепловым режимом в силовой электронике

Современные исследования в области интегральных схем и силовой электроники стремительно развиваются в направлении миниатюризации, высокой плотности мощности и интеграции нескольких кристаллов, что создает беспрецедентные вызовы для обеспечения эффективного управления тепловым режимом упаковочных материалов. На пути теплового потока от устройства к теплоотводу в силовых модулях управление тепловым режимом в основном основывается на двух функциональных системах материалов: материалах подложек, обеспечивающих механическую опору и электрическую изоляцию, и материалах теплового интерфейса (thermal interface materials, TIM), обеспечивающих передачу тепла через неоднородные межфазные границы. В статье обобщены последние достижения в области материалов для управления тепловым режимом силовой электроники с особым вниманием к системам подложек на основе керамики, в частности к керамике Si3N4, а также к системам TIM, включающим токопроводящие клеи, композиты, армированные алмазом, и полимерные композиты, армированные двумерными наполнителями. Основное внимание уделено повышению теплопроводности, снижению термического сопротивления и повышению механической надежности за счет оптимизации технологических процессов, межфазной инженерии и разработки гибридных наполнителей. Кроме того, рассмотрены репрезентативные подходы к многоуровневому моделированию, а также новые применения искусственного интеллекта и машинного обучения как инструментов для изучения межфазного переноса тепла и ускорения скрининга и оптимизации материалов. Наконец, обсуждаются ключевые проблемы и перспективные направления создания масштабируемых, надежных и интеллектуальных решений для управления тепловым режимом, что дает ориентиры как для академических исследований, так и для промышленного внедрения в упаковке силовой электроники следующего поколения.