Termalno rješenje IGBT modula napajanja
IGBT, kao nova vrsta energetskog poluvodičkog uređaja, igra važnu ulogu u novim poljima kao što su tranzit željeznicom, nova energetska vozila i pametne mreže. Termički stres uzrokovan previsokom temperaturom može dovesti do kvara IGBT modula napajanja. U ovom slučaju, razuman dizajn odvođenja toplote i nesmetani kanali za disipaciju toplote mogu efikasno smanjiti unutrašnju toplotu modula, čime ispunjavaju zahteve performansi modula. Stoga se stabilnost IGBT energetskih modula ne može postići bez dobrog upravljanja toplinom.
IGBT moduli za napajanje za vozila obično koriste hlađenje tekućinom za odvođenje topline, koje se dalje dijeli na indirektno tečno hlađenje i direktno hlađenje tekućinom. Indirektno tečno hlađenje koristi podlogu za hlađenje ravnog dna, sa slojem toplotno provodljive silikonske masti obložene na podlozi i čvrsto pričvršćene za ploču za hlađenje tečnosti. Zatim, rashladna tečnost prolazi kroz ploču za hlađenje tečnosti, a put za hlađenje je: čip DBC supstrat ravno dno rashladna podloga toplotno provodljiva silikonska mast tečna tečnost za hlađenje ploče za hlađenje. Čip služi kao izvor toplote, a toplota se uglavnom prenosi na tečnu rashladnu ploču kroz DBC podlogu, podlogu za rasipanje toplote ravnog dna i toplotno provodljivu silikonsku mast. Ploča za tečno hlađenje tada oslobađa toplinu kroz konvekciju hlađenja tekućinom.
Direktno hlađenje tečnim hlađenjem ima igličasti supstrat za rasipanje toplote. Supstrat za rasipanje toplote koji se nalazi na dnu modula za napajanje dodaje strukturu za disipaciju toplote u obliku igle, koja se može direktno zapečatiti zaptivnim prstenom za odvođenje toplote kroz rashladnu tečnost. Put odvođenja toplote je od rashladne tečnosti za rasipanje toplote podloge čipa DBC igle, bez potrebe za toplotno provodljivom silikonskom mašću. Ova metoda omogućava IGBT modulu napajanja da dođe u direktan kontakt sa rashladnom tečnošću, smanjujući ukupnu vrednost toplotnog otpora modula za oko 30%. Struktura peraja igle uvelike poboljšava površinu odvođenja toplote, značajno poboljšavajući efikasnost odvođenja toplote. Gustina snage IGBT modula napajanja također može biti dizajnirana da bude veća.
Toplotno provodljiva mast je toplotno provodljivi materijal koji smanjuje toplinski otpor međufaznog kontakta, debljine do 100 mikrona (debljina ljepljive linije ili BLT) i koeficijenta toplinske provodljivosti između 0,4 i 10W/m · K Može smanjiti kontaktni toplotni otpor između uređaja za napajanje i hladnjaka uzrokovan zračnim prazninama i uravnotežiti temperaturnu razliku između sučelja. Razuman odabir termičkog materijala sučelja toplotno provodljiva silikonska mast može zaštititi siguran i stabilan rad IGBT modula.
