Kühlmethode für IGBT-Modul

'Moore's Law' sagte die rasante Entwicklung der Halbleiterindustrie genau voraus, aber mit der rasanten Entwicklung der elektronischen Verpackungstechnologie und der Mikrobearbeitungstechnologie nähern sich die Größe und Integration von Transistoren immer mehr den physikalischen Grenzen.Die Präzision bestehender Lithographie-Technologie ist begrenzt, gepaart mit dem häufigen Auftreten von Problemen wie Leckage und Wärmeableitung, kann das Moore'sche Gesetz in Zukunft möglicherweise nicht mehr genau das Entwicklungstempo der Halbleiterindustrie anführen.Das Problem der Wärmeableitung, das zunehmend in den Vordergrund getreten ist, aber nicht vollständig gelöst wurde, hat in der Industrie weit verbreitete Aufmerksamkeit erhalten.Das Thermomanagement hochintegrierter mechanischer und elektronischer Geräte ist zu einem Flaschenhals für die kontinuierliche Entwicklung der Elektronikindustrie und sogar des gesamten Bereichs der mechanischen Fertigung und der elektronischen Steuerungstechnik geworden.Die Wärmeableitungsfähigkeit herkömmlicher Luftkühlungstechnologie kann die Wärmeableitungsanforderungen von elektronischen Geräten mit hohem Wärmefluss nicht mehr erfüllen.Gleichzeitig werden die Arten und Anwendungsbereiche elektronischer Geräte vielfältiger, die Betriebsbedingungen komplexer und die Arbeitsumgebung anspruchsvoller, was das entsprechende Wärmemanagementsystem erfordert, um eine effiziente Wärmeableitung unter verschiedenen Arbeitsbedingungen zu erreichen.Daher ist die Auswahl einer geeigneten Kühltechnologie und die rationale Gestaltung eines thermischen Managementsystems, das stabil, zuverlässig und flexibel ist, um sich an verschiedene Arbeitsszenarien anzupassen, zu einem der Hauptprobleme geworden, die auf dem Gebiet der Kühlung mit hohem Wärmestrom gelöst werden müssen.

IGBT ist eine neue Art von Leistungshalbleiter-Selbstabschaltvorrichtung, die die Vorteile einer geringen Antriebsleistung, einer einfachen Antriebsschaltung, eines geringen stationären Verlusts, einer hohen Eingangsimpedanz, einer starken Kurzschlussfestigkeit und Strombelastbarkeit aufweist ist weit verbreitet in Frequenzumrichtern, Traktionsantrieben, Wechselstrommotoren, Haushaltsgeräten und anderen Bereichen.Es ist ein Vertreter einer neuen Generation elektronischer Bauelemente.Die Arbeitsleistung von IGBT wird stark von der Temperatur beeinflusst.Während des Arbeitsprozesses wird durch häufiges Trennen eine große Menge Wärme erzeugt.Sobald es nicht rechtzeitig abgeführt wird, steigt die Innentemperatur des Moduls an, was zu Änderungen seiner physikalischen Halbleiterkonstanten und internen Parameter des Geräts führt.Dies verschlechtert Leistungsindikatoren wie Spannungsabfall im eingeschalteten Zustand, Ausschaltgeschwindigkeit, Ausschaltspannungsspitze, Stromnachlaufzeit und -verlust und führt schließlich dazu, dass das IGBT-Modul nicht mehr normal funktioniert und seine Lebensdauer verkürzt.Darüber hinaus verursacht der große Temperaturunterschied im Inneren des Moduls auch eine thermische Belastung, die ein thermisches Durchgehen verursacht, wodurch die Zuverlässigkeit des Moduls verringert wird.Daher muss das Wärmeableitungsproblem des IGBT-Moduls dringend gelöst werden.Für den Fall, dass die Luftkühlung die Wärmeabfuhranforderungen des Moduls nicht erfüllen kann, einphasig wassergekühlte Kühlplatten sind zur gängigen Kühlmethode für das aktuelle Wärmeableitungssystem für IGBT-Module mit großer Leistung geworden.In den letzten Jahren wurde jedoch der Prozess der Miniaturisierung und der hohen Leistung von IGBT beschleunigt.Aufgrund der zunehmenden Wärmelast des Moduls ist die einphasige wassergekühlte Kühlplatte allmählich nicht mehr in der Lage, den schnell steigenden Bedarf an Wärmeableitung und die erzwungene konvektive Wärmeübertragung des zirkulierenden Wassers im Inneren des Moduls zu decken kalte Platte hat ein unvermeidliches Problem der Gleichmäßigkeit bei niedriger Temperatur.Aus diesem Grund begannen viele Gelehrte, sich auf die Wärmeübertragung durch Fließsieden zu konzentrieren.Die Wärmeübertragung durch Mikrokanalströmungssieden hat die Vorteile einer starken Wärmeübertragungskapazität, eines hohen Wärmeübertragungskoeffizienten, einer guten Temperaturgleichmäßigkeit und einer geringeren Ladung des Arbeitsmediums.Es ist eine ideale Wärmeableitungsmethode für die IGBT-Wärmeableitung.In den letzten Jahren, mit dem Fortschritt der Mikrobearbeitungstechnologie und der Reduzierung der Verarbeitungskosten von Mikrokanälen, hat die Fließsiedewärmeübertragung in Mikrokanälen große Entwicklungsaussichten.

1. Struktur- und Wärmewiderstandsanalyse des IGBT-Moduls

Die meisten der derzeit auf dem Markt befindlichen Produkte sind modulare IGBT-Produkte.Es handelt sich um ein modulares Halbleiterprodukt, das von IGBT-Chips und FWD über eine spezielle Schaltungsbrücke verpackt wird.Es zeichnet sich durch Energieeinsparung, bequeme Installation und Wartung sowie stabile Wärmeableitung aus.Das verpackte IGBT-Modul besteht hauptsächlich aus Chip, Kupferschaltkreisschicht, isolierender Keramikschicht, Kupferschicht und Substrat, wie in Abbildung 1 gezeigt.

Die drei Teile Kupferschaltkreisschicht, isolierende Keramikschicht und Kupferschicht spielen hauptsächlich die Rolle der Wärmeübertragung, Isolierung und thermischen Spannungsentlastung.Mehrere IGBT-Chips können innerhalb des IGBT-Moduls untergebracht werden.Durch paralleles Verbinden mehrerer IGBT-Chips im Modul kann eine hohe Strombelastbarkeit erreicht werden, um das Problem zu vermeiden, dass die Ausbeute an IGBT-Chips verringert wird, während die aktive Fläche vergrößert wird.Verglichen mit Ein-Chip-Modulen haben verpackte Module mit mehreren IGBT-Chips im Inneren einen komplexeren Aufbau und stellen höhere Anforderungen an das Wärmemanagement.Das IGBT-Modul ist ein Leistungsgerät mit hohem Heizwert und seine Leistung wird stark von der Temperatur beeinflusst.Im tatsächlichen Betrieb muss die Sperrschichttemperatur innerhalb eines vernünftigen Bereichs geregelt werden, um einen normalen Betrieb sicherzustellen.Eine zu hohe Betriebstemperatur verändert die physikalischen Halbleiterkonstanten und internen Parameter des Geräts, was dazu führt, dass das IGBT-Modul nicht normal funktioniert.In schweren Fällen beeinträchtigt es sogar das Arbeitsleben.Allgemein gesagt, wenn die Sperrschichttemperatur des IGBT-Chips 125 °C übersteigt, wird seine Leistung stark abfallen und sogar der IGBT wird beschädigt.Darüber hinaus kann die thermische Belastung im IGBT-Modul aufgrund des großen Temperaturunterschieds zwischen den internen Chips ein thermisches Durchgehen verursachen und die Zuverlässigkeit des Moduls verringern.Daher muss das Wärmemanagement des Verpackungsmoduls nicht nur sicherstellen, dass die Temperatur jedes Chips den Nennwert nicht überschreitet, sondern auch den Temperaturunterschieden der Chips an verschiedenen Positionen besondere Aufmerksamkeit schenken.

Als Leistungshalbleiter-Selbstabschaltvorrichtung hat das IGBT-Modul einen bestimmten Leistungsverlust bei der Leitungsarbeit und dem Ein-/Ausschaltvorgang, der üblicherweise als Einschaltverlust und Schaltverlust bezeichnet wird.Der Durchlassverlust hängt normalerweise von der effektiven Spannung und dem Strom während des Leitvorgangs ab, während der Schaltverlust hauptsächlich von den Schalteigenschaften und der Schaltfrequenz des IGBT-Geräts abhängt.Das Vorhandensein von Einschaltverlusten und Schaltverlusten ist der wichtigste Faktor, der zu dem Erwärmungsproblem des IGBT-Moduls führt.Gleichzeitig wirkt sich die Temperaturänderung im Inneren des Moduls durch Erwärmung auch auf den Durchlassverlust und den Schaltverlust aus, was sich auf die Arbeitsleistung des Moduls auswirkt.Der Übertragungsweg der durch Leistungsverluste innerhalb des IGBT erzeugten Wärme hängt von seiner Gehäusezusammensetzung ab, d. h. Chip → Chip-Lötschicht → Kupferschaltkreisschicht → Keramikschicht → Kupferschicht → Systemlötschicht → Substrat → Kühler.

2. IGBT Cölen TTechnologie

Zu den derzeit auf dem Markt weit verbreiteten IGBT-Kühlmethoden gehören die Luftkühlungstechnologie, die Heatpipe-Kühlung und die Umlaufwasserkühlungstechnologie.Die bei IGBT üblicherweise verwendete Wärmeableitungstechnologie und der anwendbare Wärmeflussbereich der Kühltechnologie, die ein heißes Forschungsthema auf dem Gebiet des IGBT-Wärmemanagements ist, sind zusammengefasst, wie in Abbildung 2 dargestellt.

Die Luftkühlungstechnologie nutzt die Wärmeübertragung durch Luftkonvektion, um Wärme abzuführen, um den Zweck der Wärmeableitung zu erreichen, die in passive Luftkühlung mit natürlicher Konvektion und aktive Luftkühlung mit erzwungener Konvektion unterteilt werden kann.Die Luftkühlung durch natürliche Konvektion beruht hauptsächlich auf dem Dichteunterschied, der durch den Temperaturunterschied der Luft an verschiedenen Orten verursacht wird.Der erzeugte Auftrieb ist die treibende Kraft, die die Umgebungsluft zum Abströmen von Wärme antreibt.Der Kühler dieses Kühlverfahrens hat einen einfachen Aufbau und ist leicht zu warten und wurde in den frühen Tagen weit verbreitet verwendet.Aber seine Wärmeübertragungsfähigkeit ist schlecht, so dass es nur zum Kühlen von Geräten mit geringer Leistung, niedrigem Heizwert und einem Wärmefluss von nicht mehr als 0,08 W/cm 2 verwendet werden kann.Mit der Integration von IGBT-Leistungsgeräten und der Entwicklung von Hochleistungsgeräten steigt der Bedarf an Kühlung von Tag zu Tag.Um die Anforderungen an die Wärmeableitung zu erfüllen und die Wärmeaustauscheffizienz zu verbessern, ist ein Lüfter oder Lüfter an der IGBT-Vorrichtung installiert, um eine erzwungene Luftkonvektion zu fördern.Der Wärmewiderstand der erzwungenen Konvektionsluftkühlung kann auf 1/5 bis 1/15 der natürlichen Konvektionsluftkühlung reduziert werden, und die Wärmeableitungskapazität wird stark erhöht.Aufgrund des Hinzufügens von Lüftern/Lüftern und anderen Geräten ist es jedoch erforderlich, den Luftkanal vernünftig zu gestalten und regelmäßige Wartung durchzuführen, was die Zuverlässigkeit des Systems und die Integration von Geräten verringert und währenddessen von relativ großem Lärm begleitet wird Betrieb.

Um die Kühleffizienz der Luftkühlungstechnologie zu verbessern, wird normalerweise ein Kühler auf dem IGBT-Modul installiert, um die Wärmeaustauschfläche zu vergrößern, und der gemeinsame Kühler ist ein Rippenkühler.Die Wärmeableitungseffizienz des luftgekühlten Kühlers wird durch Rippenstruktur, Größe, Anordnungsdesign, Lüfterposition und -drehzahl sowie Umgebungstemperatur beeinflusst.Nach viel Forschung und Optimierung ist der luftgekühlte Kühlkörper, insbesondere der Kühlkörper mit parallelen Aluminiumrippen, aufgrund seines einfachen Designs und seines ausgereiften Herstellungsprozesses der am häufigsten verwendete Kühlkörper in der aktuellen IGBT-Kühlung.Aufgrund der Probleme des kleinen spezifischen Luftvolumens und der geringen Wärmeleitfähigkeit hat jedoch selbst eine erzwungene Konvektionsluftkühlung eine begrenzte Wärmeableitungskapazität.Es kann die Wärmeableitungsanforderungen der aktuellen integrierten IGBT-Module mit hoher Wärmeflussdichte und schnellem sofortigem Temperaturanstieg nicht gut bewältigen.Darüber hinaus schränken Probleme wie Temperaturungleichmäßigkeit, Rauschen und Systemzuverlässigkeit die Weiterentwicklung der Luftkühlungstechnologie ebenfalls stark ein.

Um die Leistung von luftgekühlten Radiatoren zu optimieren, ist es üblich, Heatpipes auf ihnen hinzuzufügen.Die Heatpipe-Kühltechnologie für die IGBT-Wärmeableitung ist auf der Grundlage der Luftkühlung optimiert, und ihre typische Heatpipe-Kühlerstruktur ist in Bild 3 dargestellt.

Wärmerohre haben die Vorteile einer geringen Temperaturdifferenz bei der Wärmeübertragung, einer geringen Größe und erfordern keine mechanische Wartung.Im Allgemeinen wird das Wärmerohr nicht allein als Kühler verwendet, sondern ist normalerweise in die Rippen des luftgekühlten Kühlers eingebettet und nutzt seine effiziente Phasenwechsel-Wärmeübertragung, um eine schnelle Übertragung der Wärme vom IGBT-Modulsubstrat an die Luft zu erreichen Zweck der Wärmeabfuhr.

Verglichen mit der Luftkühlungstechnologie mit erzwungener Konvektion verbessert die Einführung des Wärmerohrs die Leistung des Kühlers erheblich.Der Heatpipe-Radiator hat eine hohe Zuverlässigkeit und ein geringes Risiko einer Arbeitsflüssigkeitsleckage.Daher hat es eine gewisse Anwendungsgrundlage auf dem aktuellen Markt für IGBT-Wärmemanagement.Die meisten Heatpipe-Radiatoren müssen jedoch wie luftgekühlte Radiatoren mit externen Lüftern/Lüftern zusammenarbeiten, um eine höhere Wärmeableitungseffizienz zu erreichen.Die Arbeitseffizienz des Heatpipe-Kühlers wird auch durch den Lüftertyp, die Windgeschwindigkeit, die Umgebungstemperatur usw. beeinflusst, und es gibt Probleme wie regelmäßige Wartung und Geräusche während des Betriebs.Außerdem nimmt nach dem Hinzufügen der Wärmerohrstruktur die Gesamtgröße des Radiators zu.Beispielsweise eignet sich ein zylindrischer Heatpipe-Radiator in Kombination mit Finnen meist nur für Entwärmungsszenarien mit großem Bauraum, was einer Verbesserung der Kompaktheit und Integration von IGBT-Modulen nicht zuträglich ist.

Wenn die Leistungsdichte des IGBT-Moduls zunimmt und das Luftkanaldesign, die Zuverlässigkeit, der Geräuschindex und andere Bedingungen begrenzt sind, ist es relativ schwierig, die Luftkühlungstechnologie und die Heatpipe-Kühlungstechnologie zu implementieren.Es kann die Anforderungen an den Gerätebetrieb und die Wärmeableitung nicht gut erfüllen.Als Ergebnis kam die Wasserkühlungstechnologie auf die Bühne.Wasser hat eine gute Wärmeleitfähigkeit, eine große spezifische Wärmekapazität und fast keine Verschmutzung.Verglichen mit der luftgekühlten Wärmeableitung hat die Verwendung von wassergekühlten Radiatoren (oder wassergekühlten Platten) eine höhere Wärmeableitungseffizienz, ein kleineres Volumen und eine einfachere Auslegung des Wärmeableitungssystems.Es ist besser geeignet für Kühlsysteme von IGBT-Modulen mit größerer Leistung.Daher ist die Umlaufwasserkühlung zur gängigen Kühlmethode für das Kühlsystem von IGBT-Modulen mit größerer Leistung geworden.Der Kühler für die Umlaufwasserkühlung kann gemäß der Bauform zwischen dem Kühler und dem IGBT-Modul in die folgenden zwei Typen unterteilt werden.Einer ist ein separater Kühlkörper, der durch die Kombination des IGBT-Moduls und der wassergekühlten Platte als zwei unabhängige Komponenten gebildet wird.Nutzen Sie die Wasserzirkulation in der Kühlplatte, um die Wärme des IGBT-Moduls abzuführen.Der separate wassergekühlte IGBT-Radiator ist einfach zu installieren, verursacht aber auch einen thermischen Kontaktwiderstand an der Kontaktfläche zwischen dem IGBT-Modul und der Kühlplatte.Je größer die IGBT-Wärmeerzeugung ist, desto größer ist außerdem der Einfluss des thermischen Kontaktwiderstands auf die Leistung des Kühlkörpers.Daher ist es in praktischen Anwendungen notwendig, wärmeleitfähiges Silikonfett auf die Kontaktfläche aufzutragen, um den thermischen Kontaktwiderstand zu verringern.Die andere besteht darin, den IGBT direkt auf dem gerippten wassergekühlten Plattensubstrat zu verpacken.Dieser Kühlkörper eliminiert den thermischen Kontaktwiderstand zwischen dem Substrat und der Kühlplatte und hat eine höhere Wärmeableitungsleistung.Studien haben gezeigt, dass der thermische Widerstand dieser integrierten Form von Modul und Kühlkörper um 33 % niedriger ist als der des getrennten Kühlkörpers.Diese Kühlerform bringt jedoch Unannehmlichkeiten bei der Demontage und Montage mit sich und erhöht auch das Risiko, dass die Kühlflüssigkeit die internen Chips und Leiterplatten berührt, so dass die Anforderungen an die elektrische Isolierung des Kühlwassers strenger sind.Gegenwärtig ist die Anwendung der Umlaufwasserkühlungstechnologie in IGBT relativ ausgereift, und Wissenschaftler haben viel Forschung zur Optimierung von Wasserkühlungssystemen und Strukturdesigns durchgeführt.

Obwohl die Umlaufwasserkühlung viele Vorteile hat, kann das Problem der Gleichmäßigkeit der niedrigen Temperatur nicht ignoriert werden.Insbesondere bei IGBT-Chips steigt der Leistungsumwandlungswirkungsgrad mit abnehmender Sperrschichttemperatur des IGBT-Chips.Eine schlechte Temperaturgleichmäßigkeit führt zu unterschiedlichen Sperrschichttemperaturen zwischen IGBT-Chips an unterschiedlichen Positionen, wodurch jeder IGBT-Chip unterschiedliche Leistungsumwandlungseffizienzen aufweist, was zu unterschiedlichen Ausgangsleistungen führt.Dies ist sehr nachteilig für den Betrieb und die Zuverlässigkeit des Moduls und verursacht sogar ein thermisches Durchgehen und beschädigt das Gerät in schweren Fällen.Angesichts zunehmender Wärmebelastung wird die einphasige Kühlleistung herkömmlicher Kühlplatten-Umlaufwasser stark durch die relative Position von Einlass und Auslass beeinträchtigt.Die Kühlleistung wird in der Nähe des Auslasses stark reduziert und die Temperaturungleichmäßigkeit wird deutlicher.

Um dieses Problem zu mindern, wird bei der herkömmlichen Einphasenkühlung mit zirkulierendem Wasser normalerweise die Methode der Erhöhung der Pumpenarbeit angewendet.Erhöhen Sie den Wassermassenstrom im Kühlsystem, aber diese Methode erhöht den Stromverbrauch und die Wirkung ist nicht ideal.Daher ist es dringend erforderlich, eine neue Kühltechnologie mit hervorragender Wärmeableitungsleistung und guter Temperaturgleichmäßigkeit zu entwickeln.

Die Sprühkühltechnologie ist eine sehr effiziente neue Flüssigkeitskühltechnologie.Es verwendet eine Düse, um die Kühlflüssigkeit in eine Gruppe von Mikrotröpfchen zu zerstäuben und trifft dann heftig auf die Oberfläche der Wärmequelle, um einen dünnen Film aus Kühlflüssigkeit auf der Oberfläche zu bilden.Mit dem Fließen des Flüssigkeitsfilms, der Verdunstung und der Bildung, dem Wachstum und der Auflösung der Blasen im Flüssigkeitsfilm wird der Effekt der schnellen Wärmeableitung erreicht.Die Sprühkühlung hat eine starke Wärmeübertragungskapazität, eine gute Temperaturgleichmäßigkeit der Wärmeübertragungsoberfläche und einen geringen Bedarf an Arbeitsflüssigkeit, was eine effektive Kühlmethode mit hohem Wärmefluss ist.Seit das Konzept der Sprühkühlung in den 1980er Jahren vorgeschlagen wurde, haben in- und ausländische Wissenschaftler viele Forschungsarbeiten zu Theorie und Experiment durchgeführt.

Eine Vielzahl von Studien hat gezeigt, dass die Sprühkühltechnologie eine hohe Wärmeableitungseffizienz aufweist und gute Entwicklungsperspektiven im Bereich der Wärmeableitung mit hohem Wärmefluss hat.Aufgrund der Komplexität des Sprühkühlprozesses und des Zusammenspiels vieler Einflussfaktoren ist das mathematische Modell jedoch nur schwer lösbar, was sowohl der theoretischen Analyse als auch der experimentellen Forschung große Schwierigkeiten bereitet.Derzeit setzt die Forschung zur Sprühkühlung hauptsächlich auf die Kombination von Modellforschung, numerischer Simulation und experimenteller Forschung.Bisher konnten keine eindeutigen Schlussfolgerungen über den Wärmeübertragungsmechanismus und die Einflussfaktoren der Sprühkühlung gewonnen werden.Außerdem ist die Konstruktion der Sprühkühlvorrichtung schwierig, einschließlich der Struktur der Düse, des Abstands zwischen der Düse und der Oberfläche, des Neigungswinkels und der Sprühströmungsrate.Eine große Anzahl von Parameterunterstützung ist erforderlich, was große Herausforderungen an das Design und die Förderung von Kühlkörpern mit sich bringt, was wiederum seine Expansion und Anwendung auf dem Wärmemanagementmarkt einschränkt.

Strahlaufprallkühlung ist eine Kühlmethode, bei der das Kühlmittel unter der Druckdifferenz der Düse mit hoher Geschwindigkeit direkt auf die Oberfläche der Wärmequelle auftrifft, um einen effizienten Wärmeaustausch zu erreichen.Das typische Strahlaufprallströmungsfeld wird in drei Bereiche unterteilt: Freistrahlbereich, Staupunktbereich und Wandstrahlbereich.Unter ihnen ist der Staupunktbereich der Hauptwirkungsbereich der Strahlkühlung, und das Fluid bildet im Staupunktbereich eine sehr dünne Geschwindigkeits- und Temperaturgrenzschicht.Temperaturgradient, axialer Geschwindigkeitsgradient und Druckgradient in der Grenzschicht sind sehr groß, so dass sich die Parameter drastisch ändern, was zu hohen lokalen Wärmeübergangskoeffizienten führt.

Aufgrund der Komplexität der Strahlkühlungs-Strömungsfeldstruktur ist es in der Regel unmöglich, nur durch theoretische Analysen genaue quantitative Aussagen über die Strömungs- und Wärmeübertragungseigenschaften zu treffen.Gegenwärtig wird im Allgemeinen eine Kombination aus Formelherleitung, numerischer Simulation und experimenteller Forschung verwendet, um relativ genaue quantitative Schlussfolgerungen zu erhalten.

Aufgrund der begrenzten Reichweite des Einlochstrahlaufpralls ist es leicht, eine niedrige Temperaturgleichförmigkeit auf der Oberfläche der Wärmequelle zu bewirken, was für großflächige Wärmequellen sehr ungünstig ist.Um dieses Problem zu lösen, werden üblicherweise Jet-Arrays mit mehreren Düsen verwendet.Fig. 4 ist eine Strahlanordnungsvorrichtung mit verteilter Rückströmung, die die Temperaturgleichförmigkeit der Ausrüstung stark verbessern kann.

Bestehende Forschungsergebnisse zeigen, dass die Wärmeabfuhrfähigkeit der Jet-Array-Kühlung hervorragend ist.Insbesondere bei der Reduzierung lokaler Hotspots und der Erhöhung der allgemeinen Temperaturgleichmäßigkeit von großflächigen Geräten.Aber es ähnelt der Sprühkühlung, der Wärmeübertragungsmechanismus und die Strömungsfeldeigenschaften sind äußerst komplex, und das Design ist schwierig.Wenn die Strahlaufprallkühlvorrichtung über einen langen Zeitraum arbeitet, wirkt die Aufprallkraft des Hochgeschwindigkeitsfluids außerdem potenziell zerstörerisch auf die Oberfläche des IGBT-Moduls, was die großflächige Anwendung der Strahlaufprallkühltechnologie einschränkt die Industrie zur Kühlung elektronischer Geräte.

3. Zusammenfassen

Mit der Zunahme der Wärmelast von IGBT-Modulen in den letzten Jahren ist das Luftkühlungsverfahren allmählich nicht mehr in der Lage, den schnell wachsenden Bedarf an Wärmeableitung zu decken.Obwohl Heatpipe-Kühlung Technologie und Umlaufwasserkühlungstechnologie haben die Wärmeableitungskapazität verbessert, sie haben keine offensichtlichen Vorteile im Bereich des hohen Wärmeflusses in der Zukunft.IGBTs benötigen dringend fortschrittliche Wärmemanagementtechniken.Obwohl die Sprühkühltechnologie und die Strahlaufprallkühltechnologie eine hohe Wärmeableitungskapazität erreichen können.Ihr Wärmeübertragungsmechanismus ist jedoch komplex, und eine relativ einheitliche Wärmeübertragungstheorie und ein Wärmeübertragungsgesetz wurden noch nicht erhalten.Außerdem ist das Düsendesign schwierig, was es unwahrscheinlich macht, dass sie in kurzer Zeit vermarktet werden.Im Gegensatz dazu hat die Mikrokanal-Kühltechnologie die Vorteile einer kompakten Struktur, einer starken Wärmeübertragungskapazität, eines hohen Wärmeübertragungskoeffizienten, einer geringeren Ladung des Arbeitsfluids und einer guten Temperaturgleichmäßigkeit.Im Vergleich zu Strahlkühlungs- und Sprühkühlungsradiatoren lassen sich Mikrokanalradiatoren leichter weiter verbreiten und anwenden und haben große Entwicklungsperspektiven im Bereich des Wärmemanagements elektronischer Geräte.