IGBT란 무엇입니까?
IGBT(Insulated Gate Bipole Transformer)는 에너지 변환 및 전송을 위한 핵심 소자로 전력전자기기의 'CPU'로 통칭된다. 철도 운송, 스마트 그리드, 항공 우주, 전기 자동차 및 신 에너지 장비와 같은 분야에서 널리 사용됩니다.
IGBT 모듈은 IGBT(절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 칩)와 FWD(플라이백 다이오드 칩)를 특정 조립을 통해 패키징한 모듈형 반도체 제품입니다. IGBT 모듈은 여러 IGBT 칩을 내부적으로 캡슐화하여 고전류 처리 기능을 달성하여 활성 영역을 늘리는 동시에 IGBT 칩의 수율을 줄이는 문제를 피할 수 있습니다. 단일 칩 모듈과 비교하여 여러 내부 IGBT 칩이 있는 패키징 모듈은 더 책임감 있는 구조와 열 관리에 대한 요구 사항이 더 높습니다. 발열량이 많고 온도에 큰 영향을 받는 전력 장치인 IGBT 모듈은 정상적인 작동을 보장하기 위해 실제 작동 시 합리적인 범위 내에서 노드 온도를 제어해야 합니다. 작동 온도가 너무 높으면 반도체의 물리적 상수와 장치 내부 매개변수가 변경되어 igbt 모듈이 제대로 작동하지 않을 수 있으며 심각한 경우 작동 수명에 영향을 미칠 수도 있습니다.
IGBT 냉각 기술
현재 시장에서 널리 사용되는 IGBT 냉각 방식에는 공기 냉각 기술, 히트 파이프 냉각 기술, 수냉 기술이 포함됩니다.
공기 냉각 기술
공기 냉각 기술은 공기의 대류 열 전달 영역을 사용하여 열을 방출합니다. 수동적 자연 대류 공기 냉각과 능동적 강제 대류 공기 냉각으로 나눌 수 있습니다. 자연 대류 공기 냉각은 주로 서로 다른 위치에서 공기의 온도 차이로 인한 밀도 대비로 인해 주변 공기 흐름 채널을 구동하여 열을 제거하는 원동력으로 부력을 생성합니다. 이 냉각 방식의 라디에이터는 구조가 간단하고 유지 관리가 용이하지만 열교환 능력이 좋지 않아 냉각 전력이 낮고 발열이 적은 기간에만 사용할 수 있습니다. IGBT 전력소자의 집적화와 고전력의 발전으로 냉각수요가 나날이 증가하고 있으며, 자연공랭식만을 냉각에 사용하는 것만으로는 충분하지 않습니다.
열 방출 요구 사항을 충족하기 위해 IGBT 장치에 팬이 설치되어 강제 공기 대류를 촉진합니다. 강제 대류 공랭식의 열 저항은 자연 대류 공랭식의 열 저항을 1/5~1/5로 줄여 방열 능력을 크게 높일 수 있습니다. 그러나 팬 및 기타 장치의 추가로 인해 공기 덕트 설계, 정기적인 유지 관리, 시스템 신뢰성 감소, 장치 통합 감소 및 작업 시 큰 소음이 필요합니다.
공냉식 기술의 냉각 효율을 제공하기 위해 일반적으로 IGBT 모듈에 방열판을 설치하여 열 교환 면적을 늘리는데, 이는 일반적으로 핀형 방열판으로 알려져 있습니다. AWIND의 광범위한 연구와 최적화를 거친 공랭식 라디에이터, 특히 병렬 알루미늄 핀 라디에이터는 단순한 설계와 성숙한 제조 공정을 갖추고 있어 현재 IGBT 냉각에서 가장 일반적으로 사용되는 방열 장치가 되었습니다. 그러나 공기 비용량이 적고 열전도율이 낮은 등의 문제로 인해 강제 대류 공기 냉각도 열 방출 능력이 제한되어 현재 IGBT 통합 모듈의 높은 열 유속 밀도 및 빠른 순간 가열에 대한 열 방출 요구를 효과적으로 충족할 수 없습니다.
히트파이프 냉각 기술
히트파이프는 주로 밀봉된 쉘, 액체 흡입 코어 및 증기 채널로 구성됩니다. 파이프에는 일정량의 액체가 채워져 있습니다. 히트파이프의 한쪽 끝은 증발부이고, 다른 쪽 끝은 응축부입니다. 작업 과정에서 증발부는 열원에서 발생하는 열을 흡수하여 주변 액체 흡입 코어의 액체를 기화시킵니다. 그러면 열은 증기와 함께 히트파이프의 증발부에서 응축부로 이동하고, 증기는 응축부에서 액체로 응축되어 열을 외부로 전달합니다. 응축된 액체는 배관 벽에 있는 흡입 코어의 모세관 작용을 통해 증발 구역으로 되돌아가며, 위의 사이클 과정을 반복하면서 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 열을 지속적으로 전달하여 방열을 달성합니다.
강제 대류 공기 냉각 기술과 비교하여 히트 파이프를 도입하면 히트싱크의 성능이 크게 향상됩니다. 또한, 히트파이프 방열판의 신뢰성이 높고, 냉매 누출 위험이 낮습니다. 따라서 현재 igbt 열 관리 시장에는 특정 응용 기반도 있습니다. 그러나 공냉식 라디에이터와 같은 대부분의 히트 파이프 방열판은 더 높은 열 방출 효율을 달성하기 위해 외부 팬이 필요합니다. 따라서 히트파이프 방열판의 작동 효율은 팬 형태, 풍속, 환경 온도 및 기타 요인의 영향을 받으며 정기적인 유지 관리가 필요하고 작동 중 소음이 발생할 수 있습니다. 또한, 히트파이프 구조를 추가하면 히트싱크의 전체 크기가 커지므로 IGBT 모듈의 소형화 및 집적도 향상에 도움이 되지 않습니다.
수냉 기술
물은 열전도율이 좋고 비열량이 크며 오염이 거의 없습니다. 공냉식에 비해 수냉식은 열 방출 효율이 더 높고 크기가 더 작으며 냉각 시스템의 레이아웃이 더 쉽고 고전력 igbt 모듈 냉각 시스템에 더 적합합니다. 따라서 수냉식 기술이 빠르게 널리 사용되어 고전력 igbt 모듈 냉각 시스템의 주류 냉각 모드가 되었습니다. IGBT 모듈과 수냉판의 두 가지 독립 구성 요소를 결합하여 별도의 방열판을 형성합니다. 이는 냉각판 내부의 물 순환 흐름을 활용하여 IGBT 모듈에서 열을 제거합니다.
액체 냉각판의 온도 균일성도 중요하게 고려해야 합니다. 특히 IGBT 칩의 경우 IGBT 칩의 접합 온도가 낮아지면 전력 변환 효율이 높아집니다. 온도 균일성이 열악하면 서로 다른 위치에 있는 IGBT 칩 사이의 접합 온도가 달라져 각 IGBT 칩의 전력 출력이 달라져 모듈의 작동과 신뢰성에 매우 해를 끼칩니다. Awind는 온도 균형을 보장하기 위해 액체 냉각판을 설계하는 데 수년간의 경험을 보유하고 있습니다. IGBT 장치의 정상적인 작동을 보장합니다.
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