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双面散热MOS管在浸没式液冷中的性能优势
文章出处：平尚科技
责任编辑：平尚科技
发表时间：2025-12-19
当AI服务器的散热方式从风冷、冷板液冷迈入浸没式液冷的深水区，其内部的功率器件迎来了散热效率的终极考验，也获得了性能释放的全新机遇。在氟化液等冷却介质直接浸没的环境中，传统的单面散热功率MOSFET遭遇了导热路径的“半身不遂”——热量只能通过底部单一方向导出，顶部成为散热盲区。而双面散热MOS管以其创新的封装结构，实现了热量从芯片向上下两个方向的同步高效逸散，正成为挖掘浸没式液冷潜力的关键器件。
浸没式环境的挑战与双面散热的应答浸没式液冷的核心优势在于，冷却介质与元件表面的接触面积和热交换效率达到极致。然而，这对于传统封装的MOSFET而言，优势并未完全发挥。其塑料封装上表面是热的不良导体，热量只能依赖底部的金属焊盘，通过PCB传导至罐体或冷板，再与冷却液交换。这条路径长且存在多层界面热阻。双面散热MOS管，其创新在于封装结构的重塑。它通常采用将MOSFET芯片夹装在两块导热金属基板（如铜）之间的方式，形成类似“三明治”的结构。芯片的源极和漏极分别连接至上、下金属板，从而实现电气连接。其结果是，芯片产生的热量可以同时向上、下两个方向传导。在浸没式应用中，这意味着MOS管的顶部和底部金属表面均可直接暴露在冷却液中，或通过导热材料与浸没式冷板紧密贴合。热量的传导路径从“单行道”变为“双向高速路”，从根本上重构了热阻网络。
核心参数优势：热阻的显著降低这一结构革新带来的最直接、可量化的优势，是结到环境热阻（RθJA） 的大幅降低。热阻是衡量散热能力的核心参数，其数值越低，散热能力越强。对于一个典型的单面散热TO-247封装MOSFET，其RθJA可能约为40°C/W（依赖于PCB和散热条件）。而一个设计优良的双面散热封装，在浸没式液冷这种理想的对流环境中，其RθJA有望降低至15°C/W甚至更低。这意味着，在消耗相同功率（例如30W）的情况下，双面散热MOS管的结温（Tj）升高将远低于单面散热器件。更低的结温直接带来了两大收益：其一，MOS管的导通电阻（Rds(on)）具有正温度系数，温度越低，导通损耗越小，系统能效得以提升；其二，芯片的热应力大幅缓解，基于阿伦尼乌斯模型，其工作寿命可实现指数级增长。
除了热阻，双面散热封装还有助于优化电气性能。由于上下金属板替代了传统的键合线，封装寄生电感得以显著降低。更低的源极通路电感（Ls）意味着更小的开关电压尖峰和更少的开关振铃，这不仅提升了可靠性，也允许采用更快的开关速度以追求更高功率密度和更快的动态响应。平尚科技的工业级实践平尚科技将工业级双面散热MOS管技术应用于浸没式液冷方案，其设计充分考虑了长期可靠性。首先，封装体必须具备卓越的密封性，以完全阻隔冷却液渗透，确保内部芯片与引线框架在长期浸泡下不受腐蚀。其次，顶部和底部用于散热的金属表面会进行特殊处理（如镀镍），以增强与冷却液的兼容性及长期抗腐蚀能力。
在实际的浸没式AI服务器电源模块中，采用此类MOS管可使功率级在满负荷运行时的峰值结温降低20°C至30°C。这一温降空间，允许电源设计师或提升约15%的持续输出电流能力，或在同等功率下将效率提升0.5至1个百分点。对于追求极限功率密度的下一代AI硬件，这不仅是性能的提升，更是实现其设计目标的必要条件。浸没式液冷技术为高密度算力中心打开了散热的新维度，而双面散热MOS管则是完美匹配这一维度的“密钥”。它通过将封装从“绝热体”转变为“全向导热体”，极大地释放了浸没式冷却的潜力。平尚科技凭借对此技术的深入理解和工业级的产品实现能力，助力国产液冷AI服务器在追求更高功率、更高可靠性的道路上，将每一分冷却效率都转化为实实在在的性能增益与运行保障。
