（1）车规级功率半导体模块散热基板基本概述：良好的热管理对于功率模块稳定性和可靠性尤为重要，相较于其他应用领域，新能源汽车电机控制器用功率半导体模块面临着更为复杂的使用环境和特殊的应用工况：一是车载工况功率等级高、循环波动极其复杂，功率模块温度快速变化，经常处于“极热”或“极冷”状态，消费级半导体温度可承受区间一般为-20℃—70℃，而车规级半导体一般要求温度可承受区间达到-40℃—175℃，此外，在对抗湿度、粉尘、盐碱自然环境、有害气体侵蚀等方面，车规级半导体也有更高要求；二是汽车行驶过程中会存在振动与颠簸，功率模块长期处于高震动的工作环境，要求功率模块各组成部分具有足够的机械强度，能够在强震动环境下正常运行；三是必须确保超长使用寿命和零容错率，整车设计寿命通常在15年及以上，远高于消费电子产品的寿命需求，在失效率方面，整车厂对车规级半导体的要求通常是零失效；四是装配体积、重量和制造成本有严格限制。
新能源汽车电机控制器复杂严苛的使用工况对功率模块散热基板的性能和可靠性提出了很大的挑战，散热基板需在热传导性能、热膨胀系数、硬度、耐用性、体积、成本等诸多方面满足车规级使用场景的需求。其中，铜针式散热基板即用于配套电机控制器用功率模块。散热基板作为电控功率模块的重要组成部件与核心散热功能结构，通过改善功率模块散热性能，进而提升电机控制器功率密度，最终达到优化电驱动系统性能的效果。
（2）散热方式与结构：从实践看，目前常见的功率模块热管理方式主要有空冷散热和液冷散热。空冷散热一般分为自然对流散热和强迫对流散热，自然对流的散热路径主要是芯片将热量传递给散热器上的翅片，热量通过翅片自然对流散发，其优点是结构简单可靠，但由于自然对流冷却的热交换系数较低，因此无法满足大功率模块的散热需求。强迫对流是在自然对流的结构基础上增加散热风扇，通过加速翅片表面的空气流动性提高散热效率。虽然强迫对流散热在一定条件下可以满足部分大功率模块的散热要求，但因风扇的存在，需要增加额外的通风结构设计，其体积一般较大，且同时会有噪声，因此空冷散热并没有在车规级功率模块中得到广泛使用。
目前，车规级功率模块采取的主流散热方式为液冷散热，其体积较小且性能稳定可靠。而液冷散热又分为间接液冷与直接液冷，两者结构区别如下：
相比间接液冷散热，直接液冷散热不需要导热硅脂，也无需使用液冷板，模块整体热阻值可降低30%左右，因而已成为车规级功率模块的主流散热方式，包括英飞凌、博世、安森美、日立、中车时代、斯达半导等在内的知名厂商生产的车规级功率模块均主要采用直接液冷散热，搭配针式散热基板。
针式散热基板与平底散热基板对比分析
（3）产品发展历程分析：英飞凌作为全球车规级功率半导体领域的龙头企业，其对配套的散热基板要求较高，产品除需在热导率、热膨胀系数、硬度等性能指标方面表现优异，还需要兼具性价比和经济性。英飞凌采用的针式散热基板产品演化历程，较为全面地反映了该产品的技术发展路径。
以英飞凌代表性的HybridPACK™系列功率模块为例，从基板材料和生产工艺角度，其配套的针式散热基板已经经历了四次演变，具体过程如下：
英飞凌HybridPACK™系列功率模块散热基板发展历程分析
如上表，从基板材料看，散热基板经历了从铝碳化硅到铜粉、铜块的演进；从生产工艺看，散热基板经历了从粉末冶金到热精密锻造，再到冷精密锻造的演进。随着产品阶段的演进，散热基板性能逐渐优化，产品性价比逐步提高。
1）基板材料：散热基板作为整个功率模块的力学支撑与重要的散热通道，对其综合性能有较高要求，需要具备高热导率、与芯片及覆铜陶瓷基板相近的热膨胀系数和一定的硬度，同时还要兼具性价比。目前车规级功率模块散热基板材料主要包括铜、铝碳化硅和铝等，各材料主要情况如下：
热导率与热膨胀系数是散热基板最重要的两项性能指标。热导率越高，材料导热性能越好。此外，由于功率模块由不同材料封装而成，芯片、覆铜陶瓷基板、散热基板等具有不同的热膨胀系数，高温条件下具有不同热膨胀系数的材料会在结合界面产生热应力，当热应力超过材料的极限阈值，将会导致材料结合界面断裂或损伤，因此散热基板需要具有与芯片、覆铜陶瓷基板相接近的热膨胀系数，以提高模块热循环可靠性。
在早期，由于铝碳化硅热膨胀系数相比铜更接近芯片和覆铜陶瓷基板，可有效避免结合界面的热应力，减少材料断裂和损伤，提高功率模块可靠性，因此在散热基板发展早期阶段得到了运用，但铝碳化硅制作工艺复杂、成本较高，热导率较低。英飞凌等功率模块厂商通过改进封装设计和工艺，提高焊接结合界面的可靠性，有效解决了铜材基板材料的热循环可靠性问题。采用铜材散热基板封装的功率模块，可经历上千次热循环后焊接面仍无明显退化，达到了车规级功率模块的要求，加之铜材热导率高于铝碳化硅，工艺成本较低，因此铜材已取代铝碳化硅成为制作散热基板的主流材料。
除铜和铝碳化硅外，亦有少数厂商使用铝材制作散热基板。铝材相较于铜材价格更为低廉，但其热导性能不佳，且热膨胀系数与芯片、覆铜陶瓷基板匹配性较差，采用此方案的车规级半导体厂商较少。
2）生产工艺：针翅结构的铜散热基板，是一种成形难度高且精度高的精密结构件，对生产工艺要求严格，目前主要包括粉末冶金技术和精密锻造技术，其中精密锻造又可分为热精锻与冷精锻。
A.粉末冶金技术：金属粉末注射成型技术（以下简称“MIM”）是将现代塑料注射成型技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净成形技术，其基本工艺过程是：选取符合MIM要求的金属粉末和粘结剂，在一定温度下采用适当的方法将粉末和粘结剂混合成均匀的喂料，经制粒后注射成型，获得的成型坯经过脱脂处理后烧结致密化成为最终成品。
MIM工艺在小型化、高精度、高难度形状的精密零件制造领域相比较于传统加工方法具有明显优势，具备较强的竞争力。但MIM工艺也存其自身的局限性：由于使用了大量的粘结剂，烧结过程收缩率较高，一般可达13%-25%，内部易产生孔隙，存在变形控制和尺寸精度控制的问题，且每批次产品烧结收缩率会受各种环境及原料等因素影响，影响产品合格率；对原料粉末要求很细，粉末原料的价格一般较高，限制了该技术的广泛应用；制程工序较多，流程较为繁琐。
B.精密锻造技术：精密锻造成形技术是指零件成形后，仅需要少量加工或不再加工，就可以用作机械构件的成形技术，即制造接近零件形状和尺寸要求的毛坯，目前该技术广泛运用于大批量生产结构相对复杂的零部件。
热精锻成形是指在再结晶温度以上进行锻造的精锻工艺。因为变形温度高，在进行锻造时材料的变形抗力低，塑性好，所以易于成形几何形状复杂的零件。热精密锻造的优缺点较为明显，其优势在于高温可减少金属的变形抗力，因而减少坏料变形所需的锻压力，对处理较硬的金属时较为高效，对模具设计要求不高。同时热锻使锻压设备吨位大为减少，可节约设备购置成本。热精锻劣势在于锻件冷却过程存在热胀冷缩现象，影响锻件精度；高温下锻件表面易产生氧化或烧损缺陷，影响产品表面质量；锻造过程能耗高，增加能耗成本。
冷精锻成形是指在常温条件下的锻造加工，利用安装在设备上的模具，在强大压力和一定速度下使金属材料从模腔中挤出，从而获得所需形状、尺寸以及具有一定力学性能的锻造方法。冷精锻技术的成形精度比热精锻要高，在精密成形领域有着独到的优势，具体优点包括：工件精度高，产品尺寸一致性好，形状和尺寸容易控制；相比热精锻可避免高温导致的外形误差，产品表面无氧化和烧损等热加工缺陷；零件强度性能好，冷锻产生的加工硬化效果可使产品的硬度显著增强；能源消耗小。但冷精锻技术对模具的要求以及工艺技术的要求较高。
模具是冷精密锻造技术的关键节点和难点，只有模具精度、结构和锻件精度、结构相匹配才能锻造出合格的产品，好的模具可以在提高产品良率的同时维持模具的耐用性。针翅结构的铜散热基板具有成形难度高且精度高等特点，终端运用于新能源汽车，下游客户对产品精度、硬度、表面粗糙度等指标要求较高。散热基板上分布的铜针极为密集，成百上千的铜针对模具强度的设计合理性提出了很大的挑战。纯铜作为一种锻压材料需要比铝高出2-3倍的变形压力，使得模具和锻压设备承受非常高的应力。如果模具设计不合理或达不到要求，就会产生应力集中和应力疲劳的问题，从而使得模具寿命得不到保证，并造成成形缺料、脱模变形等一系列问题，进而无法实现大批量生产。
针对模具问题，发行人运用专业软件，系统分析模具结构和应力状态，并经过长期经验积累及实验摸索，系统总结模具设计的变形规律和薄弱点，较好地解决了成形缺料、脱模变形、模具寿命有限等问题，自主研发设计并生产出耐用性好并且性能稳定的模具，使模具满足量产的技术要求，为冷精锻工艺大批量生产散热基板提供了保障。
散热基板作为车规级功率模块的重要组成部件，型号众多，客户对产品质量、性能和安全性具有较高的标准和要求，除冷精锻工艺外，基板生产还需综合运用机加工、检验测试、自动化等多种技术，技术应用种类丰富，覆盖产品研发及生产各工艺环节，因此对供应商的工艺协同运用能力提出了很大的挑战。
（4）市场规模分析：受益于下游新能源汽车产业的蓬勃发展，车规级功率半导体模块散热基板需求快速增长，但目前尚无该细分领域市场规模的公开统计数据。考虑到散热基板终端配套为新能源汽车，两者具有直接相关性，故采用新能源汽车销量测算散热基板的需求量。据此，全球车规级功率半导体模块散热基板市场规模测算如下：
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