Thermische Lösung für IGBT-Leistungsmodule
IGBT spielt als neuartiges Leistungshalbleitergerät eine wichtige Rolle in aufstrebenden Bereichen wie dem Schienenverkehr, neuen Energiefahrzeugen und intelligenten Netzen. Die durch zu hohe Temperaturen verursachte thermische Belastung kann zum Ausfall von IGBT-Leistungsmodulen führen. In diesem Fall können ein vernünftiges Wärmeableitungsdesign und ungehinderte Wärmeableitungskanäle die interne Wärme des Moduls wirksam reduzieren und so die Leistungsanforderungen des Moduls erfüllen. Daher kann die Stabilität von IGBT-Leistungsmodulen ohne ein gutes Wärmemanagement nicht erreicht werden.
IGBT-Leistungsmodule in Fahrzeugqualität verwenden normalerweise eine Flüssigkeitskühlung zur Wärmeableitung, die weiter in indirekte Flüssigkeitskühlung und direkte Flüssigkeitskühlung unterteilt wird. Bei der indirekten Flüssigkeitskühlung wird ein Kühlsubstrat mit flachem Boden verwendet, wobei eine Schicht aus wärmeleitendem Silikonfett auf das Substrat aufgetragen und fest mit der Flüssigkeitskühlplatte verbunden ist. Dann wird die Kühlflüssigkeit durch die Flüssigkeitskühlplatte geleitet, und der Kühlpfad ist: Chip-DBC-Substrat, Kühlsubstrat mit flachem Boden, wärmeleitendes Silikonfett, Flüssigkeit, Kühlplatte, Kühlflüssigkeit. Der Chip dient als Wärmequelle, und die Wärme wird hauptsächlich über das DBC-Substrat, das Wärmeableitungssubstrat mit flachem Boden und das wärmeleitende Silikonfett auf die Flüssigkeitskühlplatte übertragen. Die Flüssigkeitskühlplatte gibt die Wärme dann durch Konvektion der Flüssigkeitskühlung ab.
Die direkte Flüssigkeitskühlung verwendet ein nadelartiges Wärmeableitungssubstrat. Das Wärmeableitungssubstrat an der Unterseite des Leistungsmoduls fügt eine nadelrippenförmige Wärmeableitungsstruktur hinzu, die direkt mit einem Dichtungsring abgedichtet werden kann, um die Wärme über das Kühlmittel abzuleiten. Der Wärmeableitungspfad erfolgt über ein Chip-DBC-Substrat mit nadelartigem Wärmeableitungssubstrat-Kühlmittel, ohne dass wärmeleitendes Silikonfett erforderlich ist. Diese Methode ermöglicht den direkten Kontakt des IGBT-Leistungsmoduls mit dem Kühlmittel, wodurch der Gesamtwärmewiderstandswert des Moduls um etwa 30 % reduziert wird. Die Nadelrippenstruktur verbessert die Wärmeableitungsoberfläche erheblich und verbessert so die Wärmeableitungseffizienz erheblich. Auch die Leistungsdichte des IGBT-Leistungsmoduls kann höher ausgelegt werden.
Wärmeleitendes Fett ist ein wärmeleitendes Material, das den Wärmewiderstand des Grenzflächenkontakts verringert, mit einer Dicke von bis zu 100 Mikrometern (Klebeliniendicke oder BLT) und einem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten zwischen 0,4 und 10 W/m · K Es kann den durch Luftspalte verursachten Kontaktwärmewiderstand zwischen Leistungsgeräten und Kühlkörpern verringern und den Temperaturunterschied zwischen Schnittstellen ausgleichen. Eine angemessene Auswahl des wärmeleitenden Silikonfetts als Wärmeschnittstellenmaterial kann den sicheren und stabilen Betrieb von IGBT-Modulen schützen.
