Termičko rješenje IGBT modula napajanja
IGBT, kao nova vrsta energetskog poluvodičkog uređaja, igra važnu ulogu u novim područjima kao što su željeznički prijevoz, nova energetska vozila i pametne mreže. Toplinski stres uzrokovan prekomjernom temperaturom može dovesti do kvara IGBT energetskih modula. U ovom slučaju, razuman dizajn rasipanja topline i neometani kanali rasipanja topline mogu učinkovito smanjiti unutarnju toplinu modula, čime se ispunjavaju zahtjevi za performansama modula. Stoga se stabilnost IGBT energetskih modula ne može postići bez dobrog toplinskog upravljanja.
IGBT energetski moduli za vozila obično koriste hlađenje tekućinom za odvođenje topline, što se dalje dijeli na neizravno hlađenje tekućinom i izravno hlađenje tekućinom. Neizravno tekuće hlađenje koristi rashladnu podlogu s ravnim dnom, sa slojem toplinski vodljive silikonske masti nanesene na podlogu i čvrsto pričvršćene na ploču za tekuće hlađenje. Zatim, tekućina za hlađenje prolazi kroz ploču za tekuće hlađenje, a put hlađenja je: čip DBC supstrat ravno dno rashladna supstrat toplinski provodljiva silikonska mast tekućina ploča za hlađenje rashladna tekućina. Čip služi kao izvor topline, a toplina se uglavnom prenosi na ploču za tekuće hlađenje kroz DBC supstrat, supstrat za disipaciju topline s ravnim dnom i toplinski vodljivu silikonsku mast. Ploča za hlađenje tekućinom zatim oslobađa toplinu putem konvekcije hlađenja tekućinom.
Hlađenje s izravnim tekućim hlađenjem koristi igličastu podlogu za raspršivanje topline. Supstrat za raspršivanje topline koji se nalazi na dnu modula napajanja dodaje strukturu raspršivanja topline u obliku peraje igle, koja se može izravno zabrtviti brtvenim prstenom za odvođenje topline kroz rashladno sredstvo. Put disipacije topline je iz rashladne tekućine supstrata rashladnog tipa DBC supstrat tipa igle za disipaciju topline, bez potrebe za toplinski vodljivom silikonskom masti. Ova metoda omogućuje IGBT modulu napajanja da dođe u izravan kontakt s rashladnom tekućinom, smanjujući ukupnu vrijednost toplinskog otpora modula za oko 30%. Struktura igličaste peraje uvelike poboljšava površinu odvođenja topline, uvelike poboljšavajući učinkovitost odvođenja topline. Gustoća snage IGBT modula snage također se može projektirati tako da bude veća.
Toplinski vodljiva mast je toplinski vodljivi materijal koji smanjuje kontaktnu toplinsku otpornost međupovršine, s debljinom do 100 mikrona (debljina ljepljive linije ili BLT) i koeficijentom toplinske vodljivosti između 0,4 i 10W/m · K Može smanjiti kontaktni toplinski otpor između uređaja za napajanje i hladnjaka uzrokovan zračnim prazninama i uravnotežiti temperaturnu razliku između sučelja. Razuman odabir materijala toplinskog sučelja toplinski vodljive silikonske masti može zaštititi siguran i stabilan rad IGBT modula.
