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Les modules IGBT sont des dispositifs de puissance qui offrent des avantages tels qu'une faible tension de commande, une grande capacité de traitement de la puissance et une haute fréquence de commutation. Cependant, il ne peut pas être séparé des caractéristiques thermiques. Les faiblesses des modules de semi-conducteurs de puissance sont la surtension et la surchauffe. Si cette chaleur n'est pas efficacement gérée, cela peut entraîner des pannes d'équipement, une réduction de l'efficacité et une durée de vie raccourcie. Ce n'est qu'en concevant avec précision les caractéristiques thermiques des dispositifs et des systèmes que nous pouvons garantir le fonctionnement fiable à long terme des dispositifs et pleinement exploiter leur potentiel. C'est cela, la gestion thermique des IGBT.
La miniaturisation continue des IGBT et l'augmentation rapide de la puissance nominale entraînent un flux thermique très élevé, ce qui nécessite une gestion thermique complexe.
Pour les modules, la technologie de refroidissement des IGBT se concentre principalement sur les itérations d'emballage et de connexions. La technologie d'emballage et de connexion des modules tourne toujours autour de l'optimisation continue des plaque de base, des cartes DBC, des soudures, des fils de liaison et des structures de dissipation de chaleur.
Connexion inter-puce : fil/strip en aluminium → fil en cuivre → connexion plate.
Structures de refroidissement : refroidissement indirect unilatéral → refroidissement liquide direct unilatéral → structure de refroidissement liquide bilatéral.
Carte DBC et substrat : l'itération des matériaux se fait de Al2O3 → AlN → Si3N4, avec un matériau de substrat à itérer de Cu à AlSiC.
Lorsque les dispositifs d'alimentation IGBT fonctionnent, une grande quantité de chaleur est générée en raison des pertes d'état de conduction et des pertes de commutation. Le chemin de dissipation thermique de haut en bas est le suivant : puce → stratifié recouvert de cuivre en céramique → substrat → dissipateur thermique. Enfin, avec un refroidissement actif ou passif, le dissipateur thermique et l’air éliminent la chaleur par transfert de chaleur par convection et rayonnement.
La résistance thermique est présente tout au long du processus de conduction, ce qui est le principal facteur affectant la dissipation thermique des modules de puissance IGBT. Pour améliorer l'effet de refroidissement, réduire la résistance thermique est la méthode la plus importante.