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新型不带铜底板IGBT功率模块的散热设计

2016-4-27 18:08| 发布者: solartest| 查看: 2668| 评论: 0|原作者: 陈道杰

摘要: 摘要:随着IGBT芯片功率密度的提高,在中小功率IGBT功率模块中,不带铜底板的IGBT模块已经成为模块封装发展的一个趋势。但是每一种新型结构的功率模块封装都有它的优缺点,新型的不带铜底板的功率模块,它的优点是体 ...
摘要:随着IGBT芯片功率密度的提高,在中小功率IGBT功率模块中,不带铜底板的IGBT模块已经成为模块封装发展的一个趋势。但是每一种新型结构的功率模块封装都有它的优缺点,新型的不带铜底板的功率模块,它的优点是体积小,重量轻,成本低;缺点是它的散热性能受导热硅脂性能和厚度的影响非常大。本文通过大量仿真及实验数据,详细描述了导热硅脂对不带铜底板模块散热性能的影响,并结合实验数据,介绍了Vincotech公司推出的预涂高性能导热硅脂服务对模块散热的改善效果。

1 引 言

       随着IGBT芯片技术的发展,IGBT芯片体积越来越小,功率密度也越来越高。如图1所示,现在市场上大量使用的第四代IGBT芯片的体积只有第一代芯片的40%。据估计,第六代芯片的体积更是只有第一代芯片的四分之一大小。

Modules with applied phase-change material
       继全球最早推出不带铜底板封装flow1以后,行业又推出更加紧凑型的flow0封装;2006年底再次推出两款适合书本式变频器,箱体伺服控制器结构的不带铜底板的封装:flow90 1, flow90 2;2010年又发布了低成本的IPM封装flow1B。但是这种不带铜底板的功率模块相对于原来的带铜底板的模块在散热能力上相差多少呢?作为一种新的封装形式,在实际应用中,又要注意哪些问题呢?

2 模块的结构和仿真试验条件

图2 是不带铜底板模块的结构图,图3是带铜底板模块的结构图。

图2 不带铜底板模块的结构                    图3 带铜底板模块的结构

       以下是实验和仿真的条件:

(1)散热器采用水冷方式;
(2)Tc的温度测量点为模块底部的中心位置;
(3)Th1的温度测量点为模块中心位置散热器的表面;
(4)Th2的温度测量点为模块中心位置散热器表面以下2mm处;
(5)Th的温度为冷却水的温度。

3 仿真和试验

图4 带铜底板模块(38μm AL2O3)和不带铜底板模块(64um AL2O3)热阻分布
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