Tepelné riešenie IGBT Power Module
IGBT, ako nový typ výkonového polovodičového zariadenia, hrá dôležitú úlohu vo vznikajúcich oblastiach, ako je železničná doprava, nové energetické vozidlá a inteligentné siete. Tepelné namáhanie spôsobené nadmernou teplotou môže viesť k poruche výkonových modulov IGBT. V tomto prípade môže rozumná konštrukcia odvodu tepla a nerušené kanály na odvod tepla účinne znížiť vnútorné teplo modulu, a tým splniť požiadavky na výkon modulu. Stabilitu výkonových modulov IGBT preto nemožno dosiahnuť bez dobrého tepelného manažmentu.
Výkonové moduly IGBT pre vozidlá zvyčajne využívajú na odvod tepla kvapalinové chladenie, ktoré sa ďalej delí na nepriame kvapalinové chladenie a priame kvapalinové chladenie. Nepriame chladenie kvapalinou využíva chladiaci substrát s plochým spodkom s vrstvou tepelne vodivého silikónového maziva nanesenou na substráte a tesne pripojenou k doske chladiacej kvapaliny. Potom chladiaca kvapalina prechádza cez kvapalinovú chladiacu dosku a chladiaca dráha je: čip DBC substrát chladiaci substrát s plochým dnom tepelne vodivé silikónové mazivo kvapalina chladiaca kvapalina chladiaca kvapalina. Čip slúži ako zdroj tepla a teplo sa prenáša hlavne na kvapalinovú chladiacu dosku cez substrát DBC, substrát na odvádzanie tepla s plochým dnom a tepelne vodivé silikónové mazivo. Kvapalinou chladiaca doska potom uvoľňuje teplo prúdením chladenia kvapalinou.
Priame chladenie kvapalinou využíva substrát na rozptyl tepla ihlového typu. Substrát na odvádzanie tepla umiestnený v spodnej časti napájacieho modulu pridáva štruktúru na odvádzanie tepla v tvare ihly, ktorá môže byť priamo utesnená tesniacim krúžkom na odvádzanie tepla cez chladiacu kvapalinu. Cesta odvádzania tepla je z chladiacej kvapaliny substrátu na odvádzanie tepla typu DBC substrátu, bez potreby tepelne vodivého silikónového maziva. Táto metóda umožňuje, aby sa výkonový modul IGBT dostal do priameho kontaktu s chladivom, čím sa celková hodnota tepelného odporu modulu znížila asi o 30 %. Štruktúra ihlovej plutvy výrazne zlepšuje povrchovú plochu odvádzania tepla, čím výrazne zlepšuje účinnosť odvádzania tepla. Hustota výkonu výkonového modulu IGBT môže byť tiež navrhnutá tak, aby bola vyššia.
Tepelne vodivé mazivo je tepelne vodivý materiál, ktorý znižuje tepelný odpor medzifázového kontaktu s hrúbkou až 100 mikrónov (hrúbka lepiacej čiary alebo BLT) a koeficientom tepelnej vodivosti medzi 0,4 a 10 W/m · K Môže znížiť kontaktný tepelný odpor medzi napájacími zariadeniami a chladičmi spôsobený vzduchovými medzerami a vyrovnávať teplotný rozdiel medzi rozhraniami. Rozumný výber materiálu tepelného rozhrania tepelne vodivé silikónové mazivo môže chrániť bezpečnú a stabilnú prevádzku modulov IGBT.
