高出力IGBTヒートシンクが熱放散の問題を解決する方法

IGBTは新しいタイプの半導体デバイスです。IGBTは、新しいパワー半導体デバイスの主流デバイスとして、産業、通信、3Cエレクトロニクスなどの従来の分野から、鉄道輸送、新エネルギー、スマートグリッド、新エネルギー車などの戦略的な新興産業で使用されています。 IGBTヒートシンクすべてが重要な役割を果たしています。
ザIGBTパワーモジュールヒートシンクは、低駆動電圧、強力な電力処理能力、および高いスイッチング周波数という利点を持つパワーデバイスです。しかし、それはまた熱特性と切り離せません。パワー半導体モジュールの弱点は、過電圧と過熱です。したがって、熱を処理する能力は、その高出力アプリケーションを制限します。
IGBT 4.0

1. IGBTパワーモジュールヒートシンクの熱管理
IGBTは、その高い電力密度により多くの熱を発生します。パワーデバイスとヒートシンクの間に存在するエアギャップは、非常に大きな接触熱抵抗を生成し、2つのインターフェース間の温度差を大幅に増加させます。IGBTモジュールが効率的、安全、安定して機能するようにするために、熱管理技術は新製品の設計と適用における最も重要なリンクでもあります。
界面接触熱抵抗を低減するために一般的に使用される方法は、柔らかい熱伝導性材料、すなわち熱伝導材料(TIM)でそれを充填することです。TIMの合理的な選択は、その熱伝導率だけでなく、生産プロセス、メンテナンス操作性、および長期的な信頼性も考慮に入れる必要があります。10°Cルールでは、デバイスの温度が10°C下がるごとに信頼性が2倍になることを示しています。現在、熱暴走によるIGBTの故障が最も一般的な現象です。IGBTパワー半導体モジュールの故障のほとんどは熱に関連していると言えます。したがって、信頼性の高い熱管理は、IGBTの長期使用を確保するための最優先事項です。IGBTの信頼性は、現在の業界研究でもホットなトピックになっています。
2. IGBTモジュールの効率的な熱管理手法
熱設計の観点からは、熱抵抗は、包装材料、TIM、ヒートシンクの3つの側面から低減できます。現在、IGBTの主な放熱ソリューションは空冷と液体冷却です。IGBTはラジエーターに直接取り付けられます。IGBTモジュールの熱はTIMを介してラジエーターシェルに直接伝達され、その後、熱は空冷または液体冷却強制対流によって運ばれます。
IGBT heat sink

近年、IGBT用のTIMには、低熱抵抗と長期信頼性というより高い要件が提唱されています。さまざまなIGBTモジュールに対するお客様の熱放散ニーズを確保するために、お客様のさまざまなアプリケーションニーズに基づいて、信頼性の高い放熱ソリューションの複数のオプションを提案します。
●21-6シリーズTIMグラファイト
折り紙付き IGBTモジュール、メンテナンスなしで長持ちし、信頼性があります
21-6シリーズシリーズTIMグラファイトシリーズは、特定の圧縮特性を持つ低密度グラファイトです。長期的な信頼性により、お客様から広くご利用いただいています。エンジニアは、200μmのTIMグラファイトと3.3W/m・Kの従来のサーマルグリースを使用して、圧縮熱抵抗試験の比較を行いました。70 PSIの圧縮応力の下で、TIMグラファイトはより低い熱抵抗、よりよい熱伝導性、および長期性能を示します。高温および低温耐性。これにより、お客様の後のメンテナンスコストを大幅に削減できます。
同時に、TIMグラファイトの水平熱拡散係数は900mm²/ sに達し、特定の形状にダイカットして簡単に取り付けることができます。現在では、エンドユーザーでの自動組立を実現しています。
thermal resistance vs compression

熱抵抗 vs 圧縮
●21-4seriesシリーズのアンチ「ポンプアウト」熱伝導性シリコーングリースは、 IGBTパワーモジュールヒートシンク安全で安定した動作を保証します。
熱伝導性シリコーングリースは、その優れた表面濡れ性と低い接触熱抵抗により、IGBTモジュールのTIMとして最初に使用されました。しかし、従来のサーマルグリースを使用した過去の経験に基づくと、長期運転中のパワーデバイスの熱膨張と収縮により、いわゆる「ポンプアウト」問題である固有の材料移動が発生します。これにより、IGBTモジュールとラジエーターの間にエアギャップができ、接触熱抵抗が増加します。一方、従来のシリコーングリースは、低分子シリコーンオイルの揮発により、サンディングと乾燥の問題も引き起こし、熱放散効果に影響を与えます。また、後のメンテナンスでの清掃も難しく、厚みが抑えきれません。したがって、従来のシリコーングリースの放熱ソリューションでは、IGBTモジュールの信頼性と性能について顧客が疑問を抱く原因にもなります。
アンチ「ポンプアウト」サーマルグリースシリーズ製品は、従来のサーマルグリースポンプの問題を完全に解決し、IGBTモジュールのより効果的な熱放散と信頼性の高い動作を保証します。
●熱伝導性相変化材料の21-7seriesシリーズは、IGBTモジュールを保護し、潜熱の新しいオプションを解放
熱伝導性相変化材料は、温度変化によって形状が変化する材料です。21-7シリーズの熱伝導性相変化材料は、IGBTモジュールデバイスの動作熱によって「溶融」して界面全体に浸透するまで、室温で固体のままです。その非常に低い熱抵抗は効率的に熱を放散することができます。相変化温度よりも低いと、再び固体状態に変わり、熱伝導性シリコーングリースのようなオーバーフローのリスクを回避できます。
IGBTモジュールの熱伝導率の新たな課題に対応するために、熱伝導材料の新しい配合を引き続き検討し、機器のライフサイクル中に安定した熱性能を確保し、熱放散の効率と信頼性の高い全体的な熱管理ソリューションを開発します。

高出力IGBTヒートシンクが熱放散の問題を解決する方法

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