Einführung in den IGBT-Kühlkörper
Die Wärmeableitungsleistung von Motorcontrollern mit isoliertem Gate-Bipolartransistor (Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT) entwickelt sich schnell zu Motor-IGBTs, die sich nun auf dem Markt für industrielle Leistungselektronik durchsetzen, beispielsweise in (Schweiß-)Kühlkörpern, im Traktionswechselrichter, im Motorantrieb usw.
Winsharethermolly bietet IGBT-Kühlkörperbaugruppenprodukte an, die es IGBT ermöglichen, in Hochtemperaturgehäusen zu arbeiten und gleichzeitig die Arbeitsübergangstemperatur in einem sicheren Bereich zu halten, indem sie einen niedrigen Wärmewiderstand mit Vce(on)-Silizium kombinieren.
Vorteile des IGBT-Kühlkörpers
● IGBT arbeiten in den meisten Fällen mit einem Gerät mit höherer Leistung. Hohe Leistung bedeutet eine höhere Wärmeableitung, da IGBT auf große Kapazität ausgerichtet ist.
● Hochfrequenz,
● einfach zu fahren,
● verlustarm,
● modular,
● weist auf die Entwicklungsrichtung hin,
Im Vergleich zu anderen leistungselektronischen Geräten weist der IGBT-Kühlkörper eine hohe Leistung auf
● einfacher Antrieb,
● Zuverlässigkeit
● leicht zu schützen,
● Es gibt keine Pufferschaltung und Umschaltung
● Frequenz ist hoch,
Daher ist der IGBT-Kühlkörper auf dem Elektronikmarkt sehr wichtig und notwendig geworden. Um diese hohe Leistung zu erreichen, werden in integrierten Schaltkreisen viele Prozesse eingesetzt, beispielsweise Epitaxie, Ionenimplantation und Feinlithographie usw.
In den letzten Jahren wurden die Leistung und die Fähigkeiten des Kühlkörpers von IGBT-Leistungsmodulen rasch verbessert, der Nennstrom hat Hunderte von Ampere erreicht und erreicht, und die Spannungsfestigkeit liegt bei über 1500 V, und interessanterweise verbessert er sich immer noch.
Da IGBT-Geräte die folgenden positiven Eigenschaften von PIN-Diode aufweisen und sich die Eigenschaften des Kühlkörpers des p-Kanal-Leistungs-IGBT-Moduls nicht wesentlich von denen des n-Kanal-IGBT unterscheiden, ist dies sehr förderlich für die Übernahme einer komplementären und hervorragenden Struktur in der Anwendung, wodurch die Anwendung im Bereich der Wechselstrom- und digitalen Steuerungstechnologie erweitert wird.
Der größte Vorteil des IGBT besteht darin, dass er Stromstößen sowohl im Ein- als auch im Kurzschlusszustand standhalten kann. Die Parallelschaltung stellt kein Problem dar und die Reihenschaltung gilt aufgrund der kurzen Abschaltverzögerung als einfach.
Methoden zur Wärmeableitung
● IGBT-Wärmeübertragungsmodi umfassen Luftkühlung,
● Wasserkühlung,
● Kupferkühlkörper oder Aluminiumkühlkörper.
Seine Wärmeableitung basiert auf dem Grundprinzip der Wärmeübertragung. Es besteht ein Wärmeflusspfad mit dem niedrigsten Wärmewiderstand, der für das Gerät ausgelegt ist, so dass die durch das Gerät abgegebene Wärme so schnell wie möglich abgegeben werden sollte, um sicherzustellen, dass die interne Sperrschichttemperatur aller Geräte immer aufrechterhalten und innerhalb der zulässigen Sperrschichttemperatur gehalten wird.
Herausforderungen und Lösungen in der Heatpipe-Kühlkörpertechnologie
Derzeit besteht der auf dem Markt erhältliche IGBT-Wärmerohr-Kühlkörper hauptsächlich aus einer Wärmeableitungsrippe, einem Wärmerohr und einem Substrat, auf dem das Substrat mit einer Reihe paralleler Nuten versehen ist und die Nut dann mit Lot an den Verdampfungsabschnitt des Wärmerohrs geschweißt wird.
Bei der bestehenden IGBT-Wärmerohr-Kühlkörpertechnologie ist der Verdampfungsabschnitt des Wärmerohrs immer in der Nut des Substrats vergraben und passt daher nicht direkt auf die IGBT-Oberfläche.
In der Arbeitsprozessphase wird die Wärme von der IGBT-Oberfläche zunächst exportiert und durch das Substrat geleitet und schließlich auf das Wärmerohr und den Kühlkörper übertragen.
Schließlich wird die Wärme vom Kühlkörper verlagert und durch Konvektion an die Luft übertragen. Da das Substrat einen thermischen Widerstand aufweist und der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient des Wärmerohrs daher zu hoch ist als der der Basis, ist die Wärmeleitfähigkeitseffizienz des Wärmerohrs im Vergleich zum Kühlkörper begrenzt, und deshalb wird die Wärmeableitungsleistung verringert.
Der IGBT-Kühlkörper kann die Wärme gleichmäßig und reibungslos vom Substrat auf die Rippe übertragen, wodurch das Wärmeableitungsproblem eines hohen Wärmeflusses nicht nur mit hoher Effizienz, sondern auch mit einer kompakten Struktur und ohne erforderliche bewegliche Teile effektiv gelöst werden kann, was eine wirkliche Wartungsfreiheit ermöglicht.
Die Bedeutung des richtigen Montageverfahrens für IGBT-Module darf nicht unterschätzt werden. Alle IGBT-Module sollten korrekt auf einem geeigneten Kühlkörper montiert werden, um sicherzustellen, dass die Wärme vom Modul abgeführt werden kann und somit sichergestellt wird, dass die Tj(max) (maximale Sperrschichttemperatur) des IGBT nicht überschritten wird.
Die Verwendung falscher Montageverfahren kann bei IGBTs zahlreiche Probleme verursachen und ist häufig die Ursache für Feldausfälle.
Bedeutung der korrekten Montage
Im Folgenden werden einige der notwendigen Schritte hervorgehoben, um sicherzustellen, dass das IGBT-Modul korrekt montiert wird.
Kühlkörper-Finish
● Die Ebenheit des Kühlkörpers zwischen den Montagelöchern sollte weniger als 50 μm pro 100 mm betragen.
● Die Oberflächenrauheit sollte weniger als 10 μm betragen.
● Wenn die Oberfläche des Kühlkörpers nicht ausreichend flach ist, kann es zu einem unerwarteten Anstieg des Kontaktwärmewiderstands (Rth(cf)) zwischen Modul und Kühlkörper kommen.
Wenn die Ebenheit des Kühlkörpers die oben genannten Anforderungen nicht erfüllt, kann außerdem eine hohe mechanische Belastung auf den DCB des Moduls ausgeübt werden, was zu einem Isolationsfehler führen kann.
Auftragen von Wärmeleitpaste
Wärmeleitpaste zwischen Kühlkörper und Modulgrundplatte ist unbedingt erforderlich und notwendig, um den Kontaktwärmewiderstand zu reduzieren.
Siebdruck und Walzen sind grundsätzlich Methoden zum Aufbringen von Wärmeleitpaste. Die Verwendung einer Schablonenmaske kann jedoch empfohlen werden, wenn die angestrebte Fettdicke weniger als 100 μm beträgt.
Bei Verwendung einer Walze sollte die Wärmeleitpaste vor dem Auftragen auf das Modul auf eine fettfreie, fett- und schmutzfreie ebene Fläche aufgetragen und gleichmäßig auf der Walze gerollt werden.
Sobald das Modul am Kühlkörper montiert ist, sollten Sie nicht sehen, wie überschüssige Wärmeleitpaste an den Seiten des Moduls austritt und absorbiert. Dies ist ein Zeichen dafür, dass zwei Wärmeleitpasten aufgetragen werden können.
Kühlkörperanwendung in IGBT-Modulen
Traditionell wurden die IGBT-Module zunächst durch zwangsluftgekühlte Kühlkörper gekühlt. Luftgekühlte Kühlkörper gelten immer noch als gute Wärmemanagementlösungen für IGBT-Module mit geringem Stromverbrauch und weniger Temperaturbeschränkung. Allerdings werden die Hochleistungs-IGBT-Module speziell durch flüssigkeitsgekühlte Kühlkörper, auch Cold Plates genannt, gekühlt.
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