IGBT パワーモジュールの冷却方法

IGBT は、新しいタイプのパワー半導体デバイスとして、鉄道輸送、新エネルギー車、スマート グリッドなどの新興分野で重要な役割を果たしています。過度の温度によって生じる熱ストレスは、IGBT パワー モジュールの故障につながる可能性があります。この場合、合理的な放熱設計と遮るもののない放熱チャネルにより、モジュールの内部熱を効果的に低減でき、モジュールの性能要件を満たすことができます。したがって、適切な熱管理がなければ、IGBT パワー モジュールの安定性を実現することはできません。

車載グレードの IGBT パワー モジュールは通常、熱放散に液体冷却を使用します。これはさらに間接液体冷却と直接液体冷却に分けられます。間接液冷は平底冷却基板を採用しており、基板上に熱伝導性シリコーングリースの層を塗布し、液冷プレートに密着させています。次に、冷却液は液冷プレートを通過し、冷却経路は、チップDBC基板→平底冷却基板→熱伝導性シリコーングリス液→冷却プレート→冷却液となる。チップが熱源となり、熱は主にDBC基板、平底放熱基板、熱伝導性シリコングリスを介して液冷プレートに伝わります。次に、液冷プレートは液冷対流によって熱を放出します。

直液冷冷却は針型放熱基板を採用しています。パワーモジュールの底部に配置された放熱基板には、ニードルフィン状の放熱構造が追加されており、シールリングで直接シールして冷却液を介して熱を放散できます。放熱経路はチップ DBC 基板からの針型放熱基板冷却液であり、熱伝導性シリコン グリスは必要ありません。この方法により、IGBT パワーモジュールが冷媒と直接接触するため、モジュール全体の熱抵抗値が約 30% 低減されます。ニードルフィン構造により放熱表面積が大幅に向上し、放熱効率が大幅に向上します。 IGBT パワーモジュールの電力密度もより高く設計できます。

熱伝導性グリースは、界面接触熱抵抗を低減する熱伝導性材料であり、厚さは最大 100 ミクロン（接着線の厚さまたは BLT）で、熱伝導率は 0.4 ～ 10W/m・K です。エアギャップによるパワーデバイスとヒートシンク間の接触熱抵抗を低減し、界面間の温度差のバランスをとります。サーマルインターフェース材料の熱伝導性シリコーングリースを合理的に選択することで、IGBT モジュールの安全で安定した動作を保護できます。