二维材料在电力电子器件中的散热应用

鲍 婕，宁仁霞，许 媛，徐文艺

(1.黄山学院机电工程学院，安徽黄山 245041;2.黄山学院半导体技术与微系统研究所，安徽黄山 245041;3.黄山宝霓二维新材科技有限公司，安徽黄山 245900)

电力电子应用市场需求的不断提高，推动了新型电力电子器件及相关半导体材料的研究和发展[1-2]，从传统的晶闸管到智能功率模块，从硅基器件到碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)宽禁带器件。同时，器件的封装正朝着小体积和三维封装发展，电力电子器件的功率等级不断提高，而温度过高会导致器件电学性能、机械性能的下降[3-5]，从而影响产品的寿命及可靠性，因此，电力电子器件封装结构的散热性能成为至关重要的问题。

根据功率大小和使用条件等差别，电力电子器件选取不同的散热方式，如风冷、热管、液冷、微通道冷却和喷射冷却，以及基于新材料的散热结构等[5-6]。近年来，二维材料的典型代表石墨烯由于强sp2键带来超高的热导率5300 W/(m·K)，被提出可以作为一种有前景的散热材料[7]。很多文献中报道了各类石墨烯基薄膜、石墨烯纸、多层石墨烯/环氧聚合材料以及石墨烯薄片等，都可以用来做电子器件中的散热层[8-13]。具有类似结构特征的二维六方氮化硼(Two-Dimensional Hexagonal Boron Nitride，2D-hBN)，作为导热却不导电的材料，面内热导率达390 W/(m·K)[14-15]，其热膨胀系数是目前陶瓷材料中最小的，同样表现出在下一代电子器件散热中的应用前景[16-17]。然而围绕两种二维材料的散热应用研究大部分都集中在集成电路芯片及器件中，很少有电力电子器件结构中的相关报道。……