IGBT 모듈은 동작 중에 많은 양의 열을 발생시키는 고전력 장치입니다. IGBT 모듈의 정상 동작을 위한 온도 범위는 -40도 C-150도 C입니다. 전자 부품의 고장은 주로 고온으로 인해 발생하며 고장률은 칩의 온도에 직접 비례합니다. 온도가 10도 상승할 때마다 전자 장치의 신뢰성은 절반으로 감소합니다. 따라서 IGBT 칩의 정상 동작을 유지하기 위해서는 열을 발산하는 데 도움이 되는 방열판이 필요합니다.
현재 시중에 판매되고 있는 IGBT 방열에 사용되는 대부분은 공랭식과 액체 냉각식입니다.
이 글은 주로 IGBT에 사용되는 보다 일반적인 라디에이터, 즉 구리와 알루미늄 방열판에 초점을 맞춥니다. 스키빙 핀 기술로 만든 대형 알루미늄 방열판, 바닥판에 CNC 슬롯, 에폭시로 채워진 홈에 코팅된 열 파이프, 그리고 매끄럽고 평평한 표면을 얻기 위해 표면 처리를 거쳤습니다.
매끄럽고 평평한 기판 표면은 열원과 더 잘 접촉하여 더 효율적인 열 전달을 보장합니다. 열 파이프가 있으면 방열판의 양쪽 끝에 열을 고르게 분배할 수 있습니다. 높고 조밀한 핀은 열 발산 표면적을 늘려 열과 공기의 접촉 면적을 더 크게 만들 수 있습니다.
그림 1 핀 높이와 방열판 온도의 관계
핀의 높이가 증가함에 따라 온도는 그에 따라 감소합니다. 이는 방열판에서 공기로의 열 전달도 증가하여 방열판의 온도가 낮아지기 때문입니다.
그러나 핀의 높이가 계속 증가함에 따라 온도 강하가 점점 느려집니다. 이는 핀 아랫부분의 열전달이 완전히 완료되었기 때문이며, 핀 높이를 더 높이더라도 대류 열전달은 향상되지 않습니다.
그림 2: 핀 두께와 방열판 온도 간의 관계
핀의 두께가 두꺼워질수록 온도는 낮아지며, 두께가 4mm일 때 방열 효과가 가장 좋습니다.
열전도성 물체로서 핀의 두께는 대류 열전달 효율에 영향을 미칠 수 있습니다. 핀의 두께가 증가하면 대류 열전달 효과가 향상되지만 명확하지 않습니다. 4.5mm로 증가하면 온도는 거의 변하지 않습니다.
핀의 두께가 높이보다 훨씬 얇기 때문에 핀 두께가 4.5mm를 초과해도 방열 성능에 미치는 영향은 최소화된다고 가정할 수 있습니다.
그림 3. 핀 간격과 히트싱크 온도의 관계
핀 간격의 변화 법칙은 두 부분으로 나뉜다. 핀 간격이 증가함에 따라 온도는 처음에 감소한 다음 안정화되어 최적의 방열을 달성한다. 핀 간격이 증가함에 따라 핀 사이의 파이프 저항이 감소하여 방열 효과가 향상된다.
하지만 핀 사이의 간격이 계속 증가함에 따라 파이프라인의 저항은 거의 변하지 않아 히트싱크의 온도도 안정되는 경향이 있습니다.
위의 세 가지 데이터 세트는 IGBT 방열판이 더 높거나 두꺼운 핀 또는 더 조밀한 핀 간격을 가질 때 반드시 더 나은 것은 아니라는 것을 나타냅니다. 최상의 방열판은 방열 요구 사항 및 방열판 비용과 함께 분석해야 합니다. 그리고 Awind는 방열 분야에서 20년 이상의 경험을 보유하고 있어 이 분야에서 전문적인 조언을 제공하여 방열 효과와 비용 모두에서 윈윈 상황을 달성할 수 있습니다.
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