Güç yarı iletkenli soğutma devrimi: yüksek sıcaklık ve yüksek basınç altında donanım ısı alıcılarının teknolojik atılımı
Karbon nötrlüğü ve elektrifikasyon dalgası altında, güç yarı iletkenleri geleneksel silikon bazlı IGBT 'lerden silikon karbür ve galyum nitrüre hızla gelişiyor. Çalışma kavşağı sıcaklığı 125 ° C' den 200 ° C 'ye veya daha da yükseğe fırladı ve ısı akışı birkaç kez arttı. Bu, doğrudan güç modüllerine bağlı donanım ısı alıcıları için benzeri görülmemiş mühendislik zorlukları ve yenilik fırsatları getiriyor.
Geleneksel kalıp döküm alüminyum ısı emici, SiC modüllerine bakarken üç büyük eksiklik ortaya çıkarır: kaba taneciklerden kaynaklanan düşük termal iletkenlik, iç büzülmeden kaynaklanan yerel sıcak noktalar ve SiC substratı ile termal genleşme katsayısı uyumsuzluğundan kaynaklanan lehim yorgunluğu. Bu nedenle, 2026 'daki üst düzey elektrikli ısı emici tamamen soğuk dövme alüminyum ve bakır-alüminyum kompozit rotasına kaydırılmıştır. Soğuk dövme işlemi, taneyi 5 um' dan daha azına rafine etmek için yeniden kristalleştirme sıcaklığının altındaki alüminyum kütük üzerinde binlerce ton basınç uygular ve termal iletkenlik, kalıp dökümüne kıyasla% 15 ila% 20 artar. Aynı zamanda akma dayanımı büyük ölçüde iyileştirilmiştir, bu da modülün ömrünü -40 ° C ila 175 ° C döngü yükü altında üç kattan fazla uzatır.
Bakır-alüminyum kompozit ısı emici, yüksek güçlü yerleşik güç dönüştürücüler için ilk tercih haline geldi. Yapısı genellikle: güç modülüyle temas eden taban plakası, ısıyı yanal olarak hızla dağıtmak için 400 W / m · K ultra yüksek ısı iletkenliğini kullanan oksijensiz bakırdan yapılmıştır; üst yüzgeç, ağırlığı ve maliyeti azaltmak için alüminyum alaşımından yapılmıştır. Bakır ve alüminyum arasındaki yapıştırma teknolojisi, epoksi reçine bağından yüksek sıcaklıkta vakumlu lehimlemeye bir sıçrama yaşadı. En son nikel bazlı lehimleme işlemi, 880 ° C 'de 80 MPa' dan fazla güce ve 0,02 K · cm ² / W 'ye kadar düşük bir termal dirence sahip bakır-alüminyum intermetalik bileşik katman oluşturabilir ve neredeyse metalurjik bağ elde eder. Bazı son teknoloji projeleri, bakır ve alüminyum atomlarını anında yüksek basınç yoluyla doğrudan bağlayan patlayıcı kaynak bile denedi. Arayüz kalınlığı sadece nano ölçeklidir ve termal direnç teorik sınıra yaklaşmaktadır.
Malzemeye ve yapıya ek olarak, soğutucunun makroskopik görünümü de değişiyor. Çift taraflı soğutmalı SiC modülünü eşleştirmek için, ısı emici artık sadece yüzgeçleri olan tek taraflı düz bir plaka değil, tam olarak işlenmiş oluklara ve patronlara sahip çift taraflı üç boyutlu bir akış kanalı elemanına dönüşmüştür. Bu oluklar, SiC çipinin üst yüzeyine doğrudan temas eden yay kontakları ile gömülmüştür ve arka yüzey, ısıyı sıvı soğutmalı alt tabakadan geçirerek "çift taraflı ısı dağılımı + sıvı soğutma" şeklinde üç boyutlu bir termal yönetim yolu oluşturur. Bu tasarım, çipten soğutucuya olan toplam termal direnci geleneksel tek taraflı alüminyum ısı emicilerinkinin beşte birine indirir.
Yüzey işlemi, güç modülünün uzun vadeli güvenilirliği ile de ilgilidir. Güç modülü çalıştığında, gerilim 1200V 'dan daha fazlasına ulaşabilir. Isı emicinin çapakları veya keskin kenarları varsa, korona deşarjına neden olmak kolaydır. Bu nedenle, yüksek voltajlı uygulamalar için ısı emici yavaş yavaş kimyasal çapak alma ve elektrokimyasal parlatma uygular, böylece yüzey pürüzlülüğü Ra değeri 0,2 um' nin altına düşürülür. Aynı zamanda, bazı ısı emici modelleri, 2500V 'nin üzerinde izolasyon basıncı direnci gerektirir, bu da yüksek ısı iletkenliği seramik izolasyon contaları ve ısı emicilerinin entegre sinterleme teknolojisine yol açarak, termal arayüz sayısını üç katmandan bir katmana indirerek sadece gerilim direncini artırmakla kalmaz, aynı zamanda ısı direncini de azaltır.
Güç yarı iletkenleri alanındaki metal ısı alıcıların metamorfozu, basit bir ısı taşıyıcısından güç modüllerinin elektrik performansını ve ömrünü etkileyen bir çekirdek yapısal bileşene dönüştürüldüğünü göstermektedir. Isı emici üreticileri için malzeme metalurjisi, hassas kalıplama ve arayüz fiziği hakkındaki bilgi derinliği, otomotiv elektrikli tahrik ve enerji altyapısı dalgasında yer alıp alamayacaklarını belirleyecektir.
BQUQ profesyonel bir metal ısı emici üreticisidir, lütfen bize çizimler gönderin, şirketimiz size 12 saat içinde teklif verecektir.
