Le module IGBT est un dispositif de haute puissance qui génère une grande quantité de chaleur pendant son fonctionnement. La plage de température pour le fonctionnement normal des modules IGBT est de -40 degrés C-150 degrés C. La défaillance des composants électroniques est principalement causée par une température élevée et le taux de défaillance est directement proportionnel à la température de la puce. Pour chaque augmentation de température de 10 degrés, la fiabilité des appareils électroniques diminue de moitié. Par conséquent, afin de maintenir le fonctionnement normal de la puce IGBT, un dissipateur thermique est nécessaire pour l'aider à dissiper la chaleur.
À l’heure actuelle, la plupart des formes utilisées pour la dissipation thermique IGBT sur le marché sont le refroidissement par air et le refroidissement liquide.
Cet article se concentre principalement sur le radiateur le plus courant : le dissipateur thermique en cuivre et aluminium utilisé dans les IGBT. Un grand dissipateur thermique en aluminium fabriqué par la technologie des ailettes de skiving, et rainuré CNC sur sa plaque inférieure, rempli d'époxy et revêtu de caloducs dans les rainures, puis soumis à un traitement de surface pour obtenir une surface lisse et plate.
Une surface de substrat lisse et plate peut mieux entrer en contact avec la source de chaleur, assurant un transfert de chaleur plus efficace. La présence de caloducs peut répartir uniformément la chaleur aux deux extrémités du dissipateur thermique. Des ailettes hautes et denses peuvent augmenter la surface de dissipation de chaleur, ce qui rend la zone de contact entre la chaleur et l'air plus grande.
Figure 1 Relation entre la hauteur des ailettes et la température du dissipateur thermique
Au fur et à mesure que la hauteur des ailettes augmente, la température diminue en conséquence. En effet, le transfert de chaleur du dissipateur thermique vers l'air augmente également, réduisant ainsi la température du dissipateur thermique.
Cependant, à mesure que la hauteur des ailettes continue d'augmenter, la baisse de température ralentit progressivement car le transfert de chaleur au niveau de la partie inférieure des ailettes est entièrement terminé et une augmentation supplémentaire de la hauteur des ailettes n'améliorera pas le transfert de chaleur par convection.
Figure 2 : Relation entre l'épaisseur des ailettes et la température du dissipateur thermique
Lorsque l'épaisseur des ailettes augmente, la température diminue et l'effet de dissipation thermique est meilleur lorsque l'épaisseur est de 4 mm.
En tant qu'objet conducteur de chaleur, l'épaisseur des ailettes peut affecter l'efficacité du transfert de chaleur par convection. Lorsque l'épaisseur des ailettes augmente, l'effet de transfert de chaleur par convection sera renforcé, mais cela ne sera pas évident. Lorsqu'elle augmente à 4,5 mm, la température reste presque inchangée.
Étant donné que l'épaisseur des ailettes est bien inférieure à leur hauteur, on peut supposer que l'effet d'une épaisseur d'ailette supérieure à 4,5 mm sur les performances de dissipation thermique est minime.
Figure 3. Relation entre l'espacement des ailettes et la température du dissipateur thermique
La loi de variation de l'espacement des ailettes est divisée en deux parties. Lorsque l'espacement entre les ailettes augmente, la température diminue dans un premier temps puis se stabilise, ce qui permet une dissipation thermique optimale. Lorsque l'espacement entre les ailettes augmente, la résistance du tube entre les ailettes diminue, ce qui améliore l'effet de dissipation thermique.
Cependant, à mesure que l'espacement entre les ailettes continue d'augmenter, la résistance du pipeline reste presque inchangée, de sorte que la température du dissipateur thermique a également tendance à se stabiliser.
Les trois séries de données ci-dessus indiquent que les dissipateurs thermiques IGBT ne sont pas nécessairement meilleurs avec des ailettes plus hautes ou plus épaisses, ou avec un espacement des ailettes plus dense. Le meilleur dissipateur thermique doit être analysé en combinaison avec les exigences de dissipation thermique et les coûts du dissipateur thermique. Et Awind a plus de 20 ans d'expérience dans la dissipation thermique, ce qui peut vous fournir des conseils professionnels dans ce domaine, vous permettant de parvenir à une situation gagnant-gagnant à la fois en termes d'effet de dissipation thermique et de coût.
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