Θερμική λύση μονάδας ισχύος IGBT
Το IGBT, ως ένας νέος τύπος συσκευής ημιαγωγών ισχύος, διαδραματίζει σημαντικό ρόλο σε αναδυόμενους τομείς όπως οι σιδηροδρομικές μεταφορές, τα νέα ενεργειακά οχήματα και τα έξυπνα δίκτυα. Η θερμική καταπόνηση που προκαλείται από την υπερβολική θερμοκρασία μπορεί να οδηγήσει σε αστοχία των μονάδων ισχύος IGBT. Σε αυτή την περίπτωση, ένας λογικός σχεδιασμός απαγωγής θερμότητας και ανεμπόδιστα κανάλια απαγωγής θερμότητας μπορούν να μειώσουν αποτελεσματικά την εσωτερική θερμότητα της μονάδας, καλύπτοντας έτσι τις απαιτήσεις απόδοσης της μονάδας. Επομένως, η σταθερότητα των μονάδων ισχύος IGBT δεν μπορεί να επιτευχθεί χωρίς καλή θερμική διαχείριση.
Οι μονάδες ισχύος IGBT κατηγορίας οχήματος χρησιμοποιούν συνήθως υγρή ψύξη για απαγωγή θερμότητας, η οποία χωρίζεται περαιτέρω σε έμμεση υγρή ψύξη και άμεση ψύξη υγρού. Η έμμεση υγρή ψύξη υιοθετεί ένα υπόστρωμα ψύξης με επίπεδο πυθμένα, με ένα στρώμα θερμοαγώγιμου γράσου σιλικόνης επικαλυμμένο στο υπόστρωμα και σφιχτά στερεωμένο στην πλάκα ψύξης υγρού. Στη συνέχεια, το ψυκτικό υγρό διέρχεται μέσω της πλάκας ψύξης υγρού και η διαδρομή ψύξης είναι: τσιπ DBC υπόστρωμα επίπεδου πυθμένα ψυκτικό υπόστρωμα θερμοαγώγιμο γράσο σιλικόνης υγρό ψυκτικό υγρό ψυκτικής πλάκας. Το τσιπ χρησιμεύει ως πηγή θερμότητας και η θερμότητα μεταδίδεται κυρίως στην υγρή πλάκα ψύξης μέσω του υποστρώματος DBC, του υποστρώματος απαγωγής θερμότητας με επίπεδο πυθμένα και του θερμοαγώγιμου γράσου σιλικόνης. Η πλάκα υγρής ψύξης απελευθερώνει στη συνέχεια τη θερμότητα μέσω της μεταφοράς υγρής ψύξης.
Η άμεση ψύξη υγρού ψύξης υιοθετεί ένα υπόστρωμα απαγωγής θερμότητας τύπου βελόνας. Το υπόστρωμα απαγωγής θερμότητας που βρίσκεται στο κάτω μέρος της μονάδας ισχύος προσθέτει μια δομή απαγωγής θερμότητας σε σχήμα πτερυγίου βελόνας, η οποία μπορεί να σφραγιστεί απευθείας με έναν στεγανοποιητικό δακτύλιο για να διαχέει τη θερμότητα μέσω του ψυκτικού. Η διαδρομή απαγωγής θερμότητας προέρχεται από ψυκτικό υποστρώματος βελόνας τύπου υποστρώματος τσιπ DBC, χωρίς την ανάγκη θερμοαγώγιμου γράσου σιλικόνης. Αυτή η μέθοδος επιτρέπει στη μονάδα ισχύος IGBT να έρθει σε άμεση επαφή με το ψυκτικό, μειώνοντας τη συνολική τιμή θερμικής αντίστασης της μονάδας κατά περίπου 30%. Η δομή του πτερυγίου της βελόνας βελτιώνει σημαντικά την επιφάνεια απαγωγής θερμότητας, βελτιώνοντας σημαντικά την απόδοση απαγωγής θερμότητας. Η πυκνότητα ισχύος της μονάδας ισχύος IGBT μπορεί επίσης να σχεδιαστεί ώστε να είναι μεγαλύτερη.
Το θερμικά αγώγιμο γράσο είναι ένα θερμικά αγώγιμο υλικό που μειώνει τη θερμική αντίσταση της διεπιφανειακής επαφής, με πάχος έως και 100 microns (πάχος γραμμής κόλλας ή BLT) και συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας μεταξύ 0,4 και 10 W/m · K Μπορεί να μειώσει τη θερμική αντίσταση επαφής μεταξύ των συσκευών ισχύος και των ψυκτών που προκαλούνται από τα κενά αέρα και να εξισορροπήσει τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των διεπαφών. Η λογική επιλογή του θερμικού αγώγιμου γράσου σιλικόνης υλικού θερμικής διεπαφής μπορεί να προστατεύσει την ασφαλή και σταθερή λειτουργία των μονάδων IGBT.
