IGBT Power Module thermische oplossing
IGBT speelt als nieuw type vermogenshalfgeleiderapparaat een belangrijke rol in opkomende gebieden zoals spoorvervoer, nieuwe energievoertuigen en slimme netwerken. De thermische spanning veroorzaakt door te hoge temperaturen kan leiden tot het falen van IGBT-vermogensmodules. In dit geval kunnen een redelijk warmteafvoerontwerp en onbelemmerde warmteafvoerkanalen de interne warmte van de module effectief verminderen, waardoor wordt voldaan aan de prestatie-eisen van de module. Daarom kan de stabiliteit van IGBT-vermogensmodules niet worden bereikt zonder goed thermisch beheer.
IGBT-vermogensmodules van voertuigkwaliteit maken meestal gebruik van vloeistofkoeling voor warmteafvoer, die verder wordt onderverdeeld in indirecte vloeistofkoeling en directe vloeistofkoeling. Indirecte vloeistofkoeling maakt gebruik van een koelsubstraat met vlakke bodem, met een laag thermisch geleidend siliconenvet op het substraat aangebracht en stevig bevestigd aan de vloeistofkoelplaat. Vervolgens wordt de koelvloeistof door de vloeistofkoelplaat geleid en het koelpad is: chip DBC-substraat koelsubstraat met platte bodem thermisch geleidende siliconenvetvloeistof koelplaat koelvloeistof. De chip dient als warmtebron en de warmte wordt hoofdzakelijk overgebracht naar de vloeistofkoelplaat via het DBC-substraat, het warmtedissipatiesubstraat met vlakke bodem en thermisch geleidend siliconenvet. De vloeistofkoelplaat geeft vervolgens de warmte af via vloeistofkoelconvectie.
De directe vloeistofkoeling maakt gebruik van een warmtedissipatiesubstraat van het naaldtype. Het warmteafvoersubstraat aan de onderkant van de voedingsmodule voegt een naaldvinvormige warmteafvoerstructuur toe, die direct kan worden afgedicht met een afdichtring om warmte door het koelmiddel af te voeren. Het warmteafvoerpad is van het chip DBC-substraatnaaldtype warmteafvoersubstraatkoelmiddel, zonder de noodzaak van thermisch geleidend siliconenvet. Door deze methode kan de IGBT-vermogensmodule direct in contact komen met de koelvloeistof, waardoor de totale thermische weerstandswaarde van de module met ongeveer 30% wordt verminderd. De naaldvinstructuur verbetert het warmteafvoeroppervlak aanzienlijk, waardoor de warmteafvoerefficiëntie aanzienlijk wordt verbeterd. De vermogensdichtheid van de IGBT-vermogensmodule kan ook hoger worden ontworpen.
Thermisch geleidend vet is een thermisch geleidend materiaal dat de thermische weerstand van het grensvlakcontact vermindert, met een dikte tot 100 micron (lijmlijndikte of BLT) en een thermische geleidbaarheidscoëfficiënt tussen 0,4 en 10 W/m · K Het kan de thermische contactweerstand tussen stroomapparaten en koellichamen, veroorzaakt door luchtspleten, verminderen en het temperatuurverschil tussen interfaces in evenwicht brengen. Een redelijke selectie van thermisch interfacemateriaal, thermisch geleidend siliconenvet, kan de veilige en stabiele werking van IGBT-modules beschermen.
