الحل الحراري لوحدة الطاقة IGBT

يلعب IGBT، باعتباره نوعًا جديدًا من أجهزة أشباه موصلات الطاقة، دورًا مهمًا في المجالات الناشئة مثل النقل بالسكك الحديدية ومركبات الطاقة الجديدة والشبكات الذكية. يمكن أن يؤدي الإجهاد الحراري الناتج عن درجة الحرارة الزائدة إلى فشل وحدات الطاقة IGBT. في هذه الحالة، يمكن لتصميم معقول لتبديد الحرارة وقنوات تبديد الحرارة دون عائق أن يقلل بشكل فعال من الحرارة الداخلية للوحدة، وبالتالي تلبية متطلبات أداء الوحدة. ولذلك، لا يمكن تحقيق استقرار وحدات الطاقة IGBT دون الإدارة الحرارية الجيدة.

عادةً ما تستخدم وحدات طاقة IGBT من فئة المركبات التبريد السائل لتبديد الحرارة، والذي ينقسم أيضًا إلى تبريد سائل غير مباشر وتبريد سائل مباشر. يستخدم التبريد السائل غير المباشر ركيزة تبريد ذات قاع مسطح، مع طبقة من شحم السيليكون الموصل الحراري المطلي على الركيزة ومثبت بإحكام على لوحة التبريد السائل. بعد ذلك، يتم تمرير سائل التبريد من خلال لوحة التبريد السائلة، ومسار التبريد هو: رقاقة DBC الركيزة ذات القاع المسطح للتبريد الركيزة الحرارية موصلة لشحم السيليكون السائل لوحة التبريد السائلة. تعمل الرقاقة كمصدر للحرارة، ويتم نقل الحرارة بشكل أساسي إلى لوحة التبريد السائلة من خلال ركيزة DBC، وركيزة تبديد الحرارة ذات القاع المسطح، وشحم السيليكون الموصل الحراري. تقوم لوحة التبريد السائلة بعد ذلك بإطلاق الحرارة من خلال الحمل الحراري للتبريد السائل.

يعتمد التبريد السائل المباشر على ركيزة تبديد الحرارة من نوع الإبرة. تضيف ركيزة تبديد الحرارة الموجودة في الجزء السفلي من وحدة الطاقة هيكلًا لتبديد الحرارة على شكل زعنفة إبرة، والذي يمكن إغلاقه مباشرة بحلقة إغلاق لتبديد الحرارة من خلال المبرد. مسار تبديد الحرارة هو من مبرد الركيزة من نوع إبرة الركيزة DBC لتبديد الحرارة، دون الحاجة إلى شحم السيليكون الموصل الحراري. تسمح هذه الطريقة لوحدة الطاقة IGBT بالاتصال المباشر بسائل التبريد، مما يقلل من قيمة المقاومة الحرارية الإجمالية للوحدة بحوالي 30%. يعمل هيكل زعنفة الإبرة على تحسين مساحة سطح تبديد الحرارة بشكل كبير، مما يحسن بشكل كبير من كفاءة تبديد الحرارة. يمكن أيضًا تصميم كثافة الطاقة لوحدة الطاقة IGBT لتكون أعلى.

الشحم الموصل الحراري هو مادة موصلة للحرارة تقلل من المقاومة الحرارية للتلامس بين الأسطح، بسمك يصل إلى 100 ميكرون (سمك الخط اللاصق أو BLT) ومعامل التوصيل الحراري بين 0.4 و10 وات/م · ك يمكن أن يقلل من المقاومة الحرارية للتلامس بين أجهزة الطاقة والمشتتات الحرارية الناتجة عن فجوات الهواء، ويوازن فرق درجة الحرارة بين الواجهات. الاختيار المعقول لمواد الواجهة الحرارية لشحوم السيليكون الموصلة للحرارة يمكن أن يحمي التشغيل الآمن والمستقر لوحدات IGBT.