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DasIGBT-Leistungsmodul-Kühlkörperist ein Leistungsbaustein, der die Vorteile einer niedrigen Antriebsspannung, einer starken Leistungsverarbeitungsfähigkeit und einer hohen Schaltfrequenz bietet. Es ist aber auch untrennbar mit den thermischen Eigenschaften verbunden. Die Schwäche von Leistungshalbleiter-Modulen ist die Überspannung und Überhitzung. Daher wird seine Fähigkeit, mit Hitze umzugehen, seine Hochleistungsanwendungen einschränken.
1. Wärmemanagement im Kühlkörper des IGBT-Leistungsmoduls
IGBT erzeugt aufgrund seiner hohen Leistungsdichte viel Wärme. Der zwischen dem Leistungsbaustein und dem Kühlkörper vorhandene Luftspalt erzeugt einen sehr großen Kontaktwärmewiderstand, wodurch sich der Temperaturunterschied zwischen den beiden Schnittstellen erheblich erhöht. Um sicherzustellen, dass IGBT-Module effizient, sicher und stabil arbeiten, ist die Thermomanagement-Technologie auch das wichtigste Bindeglied bei der Konzeption und Anwendung neuer Produkte.
Eine Methode, die im Allgemeinen zur Verringerung des Wärmewiderstands des Grenzflächenkontakts verwendet wird, besteht darin, ihn mit weichen wärmeleitenden Materialien, nämlich Wärmeleitmaterialien (TIM), zu füllen. Bei der sinnvollen Auswahl von TIM sollte nicht nur die Wärmeleitfähigkeit berücksichtigt werden, sondern auch der Produktionsprozess, die Funktionsfähigkeit der Wartung und die langfristige Zuverlässigkeit berücksichtigt werden. Die 10-Grad-Regel zeigt, dass sich die Zuverlässigkeit mit jeder Absenkung der Gerätetemperatur um 10 °C verdoppelt. Derzeit ist das Versagen von IGBTs aufgrund von thermischem Durchgehen das häufigste Phänomen. Man kann sagen, dass die meisten Ausfälle von IGBT-Leistungshalbleitermodulen mit der Hitze zusammenhängen. Daher hat ein zuverlässiges Thermomanagement oberste Priorität, um den langfristigen Einsatz von IGBTs zu gewährleisten. Die Zuverlässigkeit von IGBTs ist auch in der aktuellen Branchenforschung zu einem heißen Thema geworden.
2. Effiziente Wärmemanagementmethoden für IGBT-Module
Aus Sicht des thermischen Designs kann der Wärmewiderstand unter drei Aspekten reduziert werden: Verpackungsmaterial, TIM und Kühlkörper. Derzeit sind die wichtigsten Wärmeableitungslösungen für IGBT die Luftkühlung und die Flüssigkeitskühlung. Der IGBT wird direkt auf dem Heizkörper installiert. Die Wärme des IGBT-Moduls wird durch das TIM direkt auf die Kühlerhülle übertragen, und dann wird die Wärme durch Luftkühlung oder Flüssigkeitskühlung durch Zwangskonvektion abgeführt.
In den letzten Jahren wurden höhere Anforderungen an TIMs für IGBT gestellt: geringer thermischer Widerstand und langfristige Zuverlässigkeit. Um die Wärmeableitungsanforderungen der Kunden für verschiedene IGBT-Module zu gewährleisten, bieten wir mehrere Optionen für hochzuverlässige Wärmeableitungslösungen an, die auf den unterschiedlichen Anwendungsanforderungen der Kunden basieren.
● 21-6Serie TIM Graphit
Garantiert IGBT-Modul, langlebig und zuverlässig ohne Wartung
Die TIM-Graphitserie der Serie 21-6 ist ein Graphit mit geringer Dichte und bestimmten Kompressionseigenschaften. Es wird von Kunden aufgrund seiner langfristigen Zuverlässigkeit häufig verwendet. Die Ingenieure führten einen Vergleich des Druck- und Wärmewiderstandstests mit 200 μm TIM-Graphit und konventioneller Wärmeleitpaste mit 3,3 W/m·K durch. Bei einer Druckspannung von 70 PSI weist TIM-Graphit einen geringeren Wärmewiderstand, eine bessere Wärmeleitfähigkeit und eine langfristige Leistung auf. Hohe und niedrige Temperaturbeständigkeit. Dadurch können die späteren Wartungskosten des Kunden deutlich gesenkt werden.
Gleichzeitig erreicht der horizontale Wärmediffusionskoeffizient von TIM-Graphit 900 mm²/s und kann für eine einfache Installation in spezifische Formen gestanzt werden. Inzwischen ist die automatisierte Montage beim Endkunden erreicht.
Thermischer Widerstand vs. Kompression
● Das wärmeleitende Silikonfett der Serie 21-4series schützt die Kühlkörper für IGBT-Leistungsmodul und sorgt für einen sicheren und stabilen Betrieb.
Wärmeleitfähiges Silikonfett wurde aufgrund seiner guten Oberflächenbenetzbarkeit und seines geringen Kontaktwärmewiderstands erstmals als TIM in IGBT-Modulen eingesetzt. Aufgrund der thermischen Ausdehnung und Kontraktion von Leistungsbauelementen während des Langzeitbetriebs kommt es jedoch aufgrund der bisherigen Erfahrungen mit der Verwendung herkömmlicher Wärmeleitpaste zu einer inhärenten Materialmigration, die das sogenannte "Pump-out"-Problem darstellt. Dadurch entsteht ein Luftspalt zwischen dem IGBT-Modul und dem Heizkörper und der Kontaktwärmewiderstand wird erhöht. Auf der anderen Seite verursacht herkömmliches Silikonfett aufgrund der Verflüchtigung von kleinmolekularem Silikonöl auch das Problem des Schleifens und Trocknens, wodurch der Wärmeableitungseffekt beeinträchtigt wird. Es ist auch schwierig, es bei der späteren Wartung zu reinigen und die Dicke ist unkontrollierbar. Daher werden herkömmliche Wärmeableitungslösungen mit Silikonfett auch dazu führen, dass die Kunden Zweifel an der Zuverlässigkeit und Leistung von IGBT-Modulen haben.
Die Produkte der Anti-"Pump-out"-Wärmeleitpastenserie lösen perfekt das Problem herkömmlicher Wärmeleitpastenpumpen und sorgen für eine effektivere Wärmeableitung und einen zuverlässigen Betrieb von IGBT-Modulen.
● Die wärmeleitenden Phasenwechselmaterialien der Serie 21-7 schützen IGBT-Module und eröffnen neue Optionen für latente Wärme
Wärmeleitfähige Phasenwechselmaterialien sind Materialien, die ihre Form ändern, wenn sich die Temperatur ändert. Die wärmeleitenden Phasenwechselmaterialien der Serie 21-7 bleiben bei Raumtemperatur fest, bis die Betriebswärme des IGBT-Moduls dazu führt, dass es "schmilzt" und die gesamte Grenzfläche infiltriert. Durch seinen extrem geringen Wärmewiderstand kann Wärme effizient abgeführt werden. Wenn sie niedriger als die Phasenwechseltemperatur ist, geht sie wieder in einen festen Zustand über, wodurch das Risiko eines Überlaufens wie bei wärmeleitendem Silikonfett vermieden werden kann.
Wir erforschen weiterhin neue Formulierungen von Wärmeleitmaterialien, um neue Herausforderungen in Bezug auf die Wärmeleitfähigkeit von IGBT-Modulen zu meistern, sicherzustellen, dass die Geräte während ihres Lebenszyklus eine stabile thermische Leistung aufweisen, und allgemeine Wärmemanagementlösungen zu entwickeln, die effizienter bei der Wärmeableitung und zuverlässiger im Betrieb sind.
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