导热界面材料在IGBT模块上的应用

温度特性是IGBT模块产品设计和可靠性评估中的重要指标,为大幅提高其功率密度、散热性能与长期可靠性, 高效的散热方案尤其重要。导热界面材料是如何提高IGBT散热效率的呢?
相对于燃油车,新能源汽车多了“三电”,也就是其最核心技术: 电驱动,电池,电控。

今天,川哥要和大家讲的是电车里的核心“CPU”–电控中的IGBT 。

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IGBT及其重要性

 

作为电动汽车第二关键零组件,IGBT是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型-电压驱动式-功率半导体器件,具有自关断的特征。

IGBT本质上 是一个很多个电路开关的组合 ,它没有放大电压的功能, 导通时可以看做导线,断开时当做开路。

在新能源汽车领域,IGBT作为电控系统和直流充电桩的核心器件, 直接影响电动车功率的释放速度、汽车加速能力和最高时速等,重要性不言而喻。

我们可以理解为,IGBT的寿命及稳定性直接影响电动汽车的安全性,其性能直接决定了电动汽车的续航里程。

 

IGBT模块散热方案

IGBT模块是由IGBT与FWD(续流二极管芯片)通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品, 属大功率半导体元器件。

一般情况下,IGBT模块需要承受几百安的电流, 每秒开关达到上千次,损耗较大。且其与电机、引擎等位于空间密闭的汽车前车仓内,热量较为集中。

IGBT不怕短路,但特别“怕热”。 如果温度超过其结温125℃,会导致模块烧毁,影响整车的运行。

温度特性是IGBT模块产品设计和可靠性评估中的重要指标,为大幅提高其功率密度、散热性能与长期可靠性, 高效的散热方案尤其重要。

那么,导热界面材料是如何提高IGBT散热效率的呢?

目前电机控制器常用的散热方式有传导散热,间接水冷。

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电机控制器拆解图

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间接水冷

其主要特点是金属壳体上需要设计水道,水流与IGBT不进行任何接触。

IGBT散发出的热量需要通过其下部的金属平板,依靠传导方式将热量传递给壳体外侧的冷却水进行散热。

 

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主壳体的水道造型

为减少热源和水路的 热阻, 提高模组的 导热效率,通常 需要在IGBT模组与冷片之间的刚性界面 涂抹导热硅脂 。

 

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IGBT模块背面的导热硅脂

有了导热界面材料的填充,发热源和散热器间的接触面将充分接触, 可大幅度降低界面热阻,显著提高散热效果,减少电气损失。

导热硅脂属单分子导热界面材料,具有优异的导热性和良好的电气绝缘性能,可在-40~200℃范围内使用,化学性能稳定, 无味、无毒,对基材无任何腐蚀性。

除此之外,其热阻低,可靠性佳,长时间暴露在高温环境下不会挥发硬化,是新能源汽车IGBT散热的不二之选。

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