محلول حرارتی پاور ماژول IGBT

IGBT، به عنوان یک نوع جدید از دستگاه نیمه هادی قدرت، نقش مهمی در زمینه های نوظهور مانند حمل و نقل ریلی، وسایل نقلیه انرژی جدید و شبکه های هوشمند ایفا می کند. تنش حرارتی ناشی از دمای بیش از حد می تواند منجر به خرابی ماژول های قدرت IGBT شود. در این حالت، یک طراحی اتلاف گرما مناسب و کانال‌های اتلاف گرما بدون مانع می‌تواند به طور موثر گرمای داخلی ماژول را کاهش دهد و در نتیجه نیازهای عملکرد ماژول را برآورده کند. بنابراین، پایداری ماژول های قدرت IGBT بدون مدیریت حرارتی خوب قابل دستیابی نیست.

ماژول های قدرت IGBT درجه خودرو معمولاً از خنک کننده مایع برای اتلاف گرما استفاده می کنند که بیشتر به خنک کننده مایع غیر مستقیم و خنک کننده مستقیم مایع تقسیم می شود. خنک کننده مایع غیرمستقیم از یک بستر خنک کننده کف صاف استفاده می کند، با یک لایه گریس سیلیکونی رسانای حرارتی که روی بستر پوشانده شده و محکم به صفحه خنک کننده مایع متصل شده است. سپس مایع خنک کننده از صفحه خنک کننده مایع عبور داده می شود و مسیر خنک کننده عبارت است از: تراشه بستر DBC بستر خنک کننده رسانای حرارتی سیلیکون گریس مایع خنک کننده صفحه خنک کننده مایع. تراشه به عنوان یک منبع گرما عمل می کند و گرما عمدتاً از طریق زیرلایه DBC، بستر اتلاف حرارت کف صاف و گریس سیلیکونی رسانای حرارتی به صفحه خنک کننده مایع منتقل می شود. صفحه خنک کننده مایع سپس گرما را از طریق همرفت خنک کننده مایع آزاد می کند.

خنک کننده مستقیم مایع خنک کننده از یک بستر اتلاف حرارت از نوع سوزنی استفاده می کند. زیرلایه اتلاف گرما که در پایین ماژول قدرت قرار دارد یک ساختار اتلاف گرما به شکل باله سوزنی اضافه می کند که می تواند مستقیماً با یک حلقه آب بندی برای دفع گرما از طریق مایع خنک کننده آب بندی شود. مسیر اتلاف گرما از خنک کننده بستر اتلاف گرما از نوع سوزنی زیرلایه تراشه DBC بدون نیاز به گریس سیلیکونی رسانای حرارتی است. این روش به ماژول قدرت IGBT اجازه می دهد تا در تماس مستقیم با مایع خنک کننده قرار گیرد و مقدار مقاومت حرارتی کلی ماژول را حدود 30% کاهش دهد. ساختار باله سوزن تا حد زیادی سطح اتلاف گرما را بهبود می بخشد و راندمان اتلاف گرما را تا حد زیادی بهبود می بخشد. چگالی توان ماژول پاور IGBT نیز می تواند بیشتر طراحی شود.

گریس رسانای حرارتی یک ماده رسانای حرارتی است که مقاومت حرارتی تماس سطحی را با ضخامت حداکثر 100 میکرون (ضخامت خط چسب یا BLT) و ضریب هدایت حرارتی بین 0.4 تا 10W/m · K کاهش می‌دهد. این می تواند مقاومت حرارتی تماس بین دستگاه های قدرت و سینک های حرارتی ناشی از شکاف های هوا را کاهش دهد و اختلاف دما بین رابط ها را متعادل کند. انتخاب معقول مواد رابط حرارتی گریس سیلیکونی رسانای حرارتی می تواند از عملکرد ایمن و پایدار ماژول های IGBT محافظت کند.