6 散熱性能

為了呈現封裝級溫度分布和雙面冷卻方法的有效性，我們在兩個穩態操作條件下評估散熱性能。如 圖 4 所示，第一個量測是在移除散熱器後、輸出電流 50A 的條件下進行，使熱像儀能夠直接觀察四個 LMG708B0 封裝及其周圍的 PCB。在此操作點，四相架構可提供 600W 的輸出功率，同時耗散約 16.6W 的實測總功率損耗。觀測到的最高溫度約為 97℃，高溫集中在功率級區域周邊。

隨後，在安裝散熱器的情況下，於滿 80A 負載條件下評估轉換器，以充分發揮雙面冷卻結構的效果。散熱器由鋁製成，底座尺寸為 10.72 公分（4.22 英寸）x 2.70 公分（1.06 英寸），高度為 1.61 公分（0.63 英寸）。此外，散熱器有 7 片 2.54 公分（1.00 英寸）高的散熱鰭片，可從底座延伸。散熱器的設計旨在提供簡單有效的方式，經由雙面冷卻封裝將熱能從 IC 帶離。大多數的應用，尤其是汽車領域，會採用較大的散熱器（例如電子控制單元 (ECU) 的外殼），或是設計更完善的冷卻結構，以進一步提升性能。散熱器和 LMG708B0 元件之間所用的 TIM 是 T-WORK9000，厚度為 1mm、導熱率為 20W/m-K。在此操作點，轉換器提供 960W，相當於大約 31.2W 的轉換器總功率損耗。由於散熱器覆蓋整合式 GaN 封裝，因此 圖 5 所示的熱影像主要是說明外部冷卻結構與周邊轉換器的溫度分布。讓轉換器在 960W 下維持穩態運作約 20 分鐘，達到熱平衡後，拍攝其熱影像。

兩項量測合併來看，可呈現轉換器設計中所納入的互補熱路徑。圖 4 中的 50A 量測可直接觀測功率級和 PCB 溫度分布，而 圖 5 中的 80A 測量值則可評估在最大操作條件下的完整冷卻方案，並說明雙面冷卻結構的有效性。這些結果和 圖 2 中提供的熱模擬相輔相成；此熱模擬針對 80A 滿載條件進行建模。圖 5 展示功率級區域的局部畫面，可看出每個 IC 的溫度大約為 101℃。量測更準確的外殼溫度時，採用熱耦合方式，將導線置於主要 LMG708B0 元件上方、但位於 TIM 與散熱器下方。主要的 LMG708B0 裝置外殼溫度為 105.4℃。圖 6 顯示量測主要 IC 外殼溫度所用的配置。

這些結果和熱模擬結果一致，顯示雙面冷卻結構的重要性。此外，使用更大或更可靠的冷卻系統，或是加裝風扇來提供氣流，都可降低溫度，進而實現更優異的系統性能。