IGBTモジュールヒートシンクの原理と応用

IGBT ヒートシンクの概要

モーター コントローラーの絶縁ゲート バイポーラ トランジスタ (Insulated Gate Bipolar Transistor、IGBT) の放熱性能により、急速にモーター IGBT が、(溶接) ヒートシンク、トラクション インバーター、モーター ドライブなどの産業用パワー エレクトロニクス市場に定着しています。

Winsharethermolly は 、低い熱抵抗と Vce(on) シリコンを組み合わせることで、動作ジャンクション温度を安全な範囲内に保ちながら、高温のエンクロージャで IGBT が動作できるようにする IGBT ヒートシンク アセンブリ製品を提供しています。

IGBTヒートシンクのメリット

● ほとんどの場合、IGBT はより高出力のデバイスに使用されます。IGBT は大容量に向かうため、高出力はより高い熱放散を意味します。

● 高周波、

● 運転しやすく、

● 低損失、

● モジュール式、

● 開発の方向性を示し、

他のパワーエレクトロニクスデバイスと比較して、IGBT ヒートシンクは高い

● シンプルなドライブ、

● 信頼性

● 保護しやすく、

● バッファ回路やスイッチングはありません

● 周波数が高く、

したがって、エレクトロニクス市場において IGBT ヒートシンクは非常に不可欠かつ必要なものとなっています。この高性能を達成するために、集積回路ではエピタキシー、イオン注入、微細リソグラフィーなどの多くのプロセスが使用されます。

近年、パワー IGBT モジュールのヒートシンクの性能と能力は急速に向上し、定格電流は数百アンペアに達し、耐電圧は 1500V 以上に達し、興味深いことにまだ改善が続けられています。

IGBT デバイスは PIN ダイオードの次のような優れた特性を備えており、p チャネル パワー IGBT モジュールのヒートシンクの特性は n チャネル IGBT の特性とそれほど変わらないため、アプリケーションで相補的で優れた構造を採用するのに非常に役立ち、その結果、AC およびデジタル制御技術の分野でのアプリケーションが拡大します。

IGBT の最大の利点は、 オン モードまたは短絡状態のいずれでも並列接続は問題ないと考えられており、直列接続はシャットダウン遅延が短いため容易であると考えられています。 電流ショックに耐えることができることです。

放熱方法

● IGBT の熱伝達モードには空冷、

● 水冷、

● 銅製ヒートシンクまたはアルミ製ヒートシンク。

その熱放散は熱伝達の基本原理に基づいて維持されており、熱流路はデバイス用に設計された最も低い熱抵抗で構成されているため、デバイスを通じて放出される熱はできるだけ早く放出される必要があり、これによりすべてのデバイスの内部ジャンクション温度が常に維持され、許容ジャンクション温度内に維持されます。

ヒートパイプヒートシンク技術の課題と解決策

現在、市場にある既存のIGBTヒートパイプヒートシンクは、主に放熱フィン、ヒートパイプ、基板で構成されており、基板には多数の平行な溝が設けられ、その溝がヒートパイプの蒸発部にはんだで溶接されています。

従来のIGBTヒートパイプヒートシンク技術では、ヒートパイプに関わる蒸発部が必ず基板の溝に埋まっており、IGBT表面に直接フィットしません。

作業プロセス段階では、IGBT 表面からの熱がまず外部に排出されて基板を通過し、最後にヒート パイプとヒートシンクに伝達されます。

最後に、ヒートシンクからの熱は移動し、対流によって空気に伝達されます。基板には熱抵抗があり、そのためヒートパイプの熱伝導率が基板に比べて高くなりすぎるため、ヒートシンクに比べてヒートパイプの熱伝導効率が制限され、放熱性能が低下します。

IGBT ヒートシンクは、熱を基板からフィンに均一かつスムーズに伝達することができ、高い熱流束に​​よる放熱の問題を効果的に解決できます。高効率であるだけでなく、コンパクトな構造で可動部品が不要で、真のメンテナンスフリーを実現できます。

IGBT モジュールの正しい取り付け手順の重要性を過小評価することはできません。すべての IGBT モジュールは適切なヒートシンクに正しく取り付けて、モジュールから熱を確実に奪い、IGBT の Tj(max) (最大接合温度) を超えないようにする必要があります。

誤った取り付け手順を使用すると、IGBT に多くの問題が発生する可能性があり、現場での故障の原因となることがよくあります。

正しい取り付けの重要性

以下に強調表示されているのは、IGBT モジュールが正しく取り付けられていることを確認するために必要な手順の一部です。

ヒートシンク仕上げ

● ヒートシンクの取付穴間の平面度は 100mm 当たり 50μm 以下としてください。

● 表面粗さは10μm以下としてください。

● ヒートシンクの表面が適切に平坦でない場合、モジュールとヒートシンク間の接触熱抵抗 (Rth(cf) ) が予期せず増加する可能性があります。

また、ヒートシンクの平面度が上記の要件を満たしていない場合、モジュール上の DCB に高い機械的ストレスが加わり、絶縁不良を引き起こす可能性があります。

サーマルペーストの塗布

ヒートシンクとモジュールのベースプレートの間にあるサーマル グリースは絶対に不可欠であり、接触熱抵抗を減らすために必要です。

サーマルグリスの塗布方法はスクリーン印刷＋ローラーが基本ですが、対象とするグリス厚さが100μm未満の場合はステンシルマスクの使用を推奨します。

ローラーを使用する場合は、サーマルペーストをグリース防止およびグリースや汚れのない平らな表面に塗布し、モジュールに塗布する前にローラー上で均一に転がす必要があります。

モジュールがヒートシンクに取り付けられると、モジュールの側面から過剰な放熱ペーストが浸透して吸収されることはありません。これは、2 つの放熱ペーストを塗布できることを示しています。

IGBTモジュールにおけるヒートシンクの応用

従来、IGBT モジュールはまず強制空冷ヒートシンクによって冷却されていました。空冷ヒートシンクは、低電力で温度制限の少ない IGBT モジュールにとって優れた熱管理ソリューションとして今でも知られています。ただし、高出力 IGBT モジュールは、コールド プレートとも呼ばれる液冷ヒートシンクによって特別に冷却されます。

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