Aluminiumnitrid -Keramikscheiben für IGBT -Leistungsmodule
Keramikscheiben von Aluminiumnitrid (ALN) sind bei IGBT-Leistungsmodulen (bipolarer Transistor) von IGBT (isoliertem Gate) sehr wichtig. Diese Discs sind so gestaltet, dass sie den besonderen Bedürfnissen von Anwendungen mit hoher Leistung, hoher Frequenz und hoher Temperatur entsprechen. Sie können wirklich gute thermische und elektrische Eigenschaften bieten.
1.Materialeigenschaften
(1) hohe thermische Leitfähigkeit
Aln -Keramikscheiben besitzen eine hervorragende thermische Leitfähigkeit, die typischerweise zwischen 170 und 230 W/(M · k) liegt. Dieser hohe Wert ermöglicht eine effiziente Wärmeableitung vom IGBT -Leistungsmodul. Da IGBTs während des Betriebs eine erhebliche Menge Wärme erzeugen, wirkt die ALN -Scheibe als wirksames Wärmeverteilungsmedium. Es überträgt die Wärme schnell vom IGBT -Chip auf den Kühlkörper oder andere Kühlkomponenten, um Überhitzung zu verhindern und den zuverlässigen Betrieb des Leistungsmoduls zu gewährleisten.
Die hervorragende thermische Leitfähigkeit hilft auch bei der Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Temperaturverteilung über das Modul. Dies ist für die langfristige Stabilität und Leistung der IGBTs von entscheidender Bedeutung, da Temperaturgradienten zu thermischer Belastung und potenziellen Schäden an den Komponenten führen können.
(2) Überlegene elektrische Isolierung
Eine weitere wichtige Eigenschaft von Aln -Keramikscheiben ist ihre überlegene elektrische Isolierung. Sie haben eine hohe dielektrische Festigkeit und einen niedrigen dielektrischen Verlust, der die elektrischen Signale innerhalb des IGBT -Leistungsmoduls effektiv isoliert. Der Volumenwiderstand von ALN ist normalerweise größer als 10¹⁴ ω · cm, wodurch es zu einem idealen Material zur Vorbeugung elektrischer Lecks und kurzer Schaltungen ist.
In der hohen Spannung und hohen Frequenzumgebung von IGBT -Leistungsmodulen schützt die durch die Aln -Scheiben bereitgestellte elektrische Isolierung die Integrität der Schaltung und schützt die empfindlichen Komponenten vor elektrischen Interferenzen.
(3) gute mechanische Stärke
Die Aln -Keramik -Scheiben weisen eine gute mechanische Festigkeit auf, einschließlich hoher Biegefestigkeit und Härte. Auf diese Weise können sie den mechanischen Spannungen standhalten, die während des Zusammenbaus, des Betriebs und des thermischen Radfahrens des IGBT -Leistungsmoduls auftreten können. Die Biegefestigkeit von ALN kann je nach Herstellungsprozess und Materialqualität bis zu mehrere hundert MPa erreichen.
Ihre mechanische Stärke trägt auch zur allgemeinen strukturellen Integrität des Leistungsmoduls bei, um sicherzustellen, dass die Discs das Gewicht anderer Komponenten unterstützen und ihre Position und Funktionalität im Laufe der Zeit beibehalten können.
(4) Leistungsparameter Tabelle der Aluminiumnitrid -Keramikscheibe
2. Entwurfsüberlegungen für IGBT -Anwendungen
(1) Wärmemanagement
Das Design von aln -Keramik -Scheiben für IGBT -Leistungsmodule konzentriert sich auf die Optimierung des thermischen Managements. Die Dicke und der Durchmesser der Discs werden sorgfältig ausgewählt, um den Wärme zu entsprechen - und erzeugende Eigenschaften der IGBTs. Eine dünnere Scheibe kann eine bessere Wärmeübertragung bieten, könnte jedoch die mechanische Festigkeit opfern, während eine dickere Scheibe eine bessere mechanische Unterstützung aufweist, aber weniger effiziente Wärmeableitungen.
Darüber hinaus kann die Oberflächenbeschaffung der Scheibe die Wärmeübertragung beeinflussen. Eine glatte Oberfläche in Kontakt mit dem IGBT -Chip und dem Kühlkörper fördert eine bessere thermische Leitung und verringert den thermischen Widerstand zwischen verschiedenen Komponenten.
(2) Elektrische Isolation
Um eine wirksame elektrische Isolation zu gewährleisten, sind die aln -Keramikscheiben mit geeigneten Abmessungen und Geometrien ausgelegt, um ausreichende Kriech- und Clearance -Entfernungen bereitzustellen. Diese Entfernungen verhindern elektrischer Lichtbogen und Abbau zwischen den hohen Spannung und niedrigen Spannungsteilen des IGBT -Leistungsmoduls.
Die Qualität des dielektrischen Materials und seine Homogenität in der gesamten Scheibe sind auch kritische Faktoren bei der Aufrechterhaltung einer zuverlässigen elektrischen Isolierung.
(3) Kompatibilität mit Montageprozessen
Die Discs müssen mit den Montageprozessen von IGBT -Leistungsmodulen kompatibel sein. Ihre Form und Größe sollten standardisiert werden, um sie leicht in das Modulgehäuse zu passen. Die Oberfläche der Scheibe kann Merkmale wie durch Löcher oder Montagebads aufweisen, um den Zusammenhang anderer Komponenten wie Drähte oder Wärmeelemente zu erleichtern.
3. Vorteile bei IGBT -Leistungsmodulen
(1) Verbesserte Leistung
Durch die Verwendung von aln -Keramikscheiben ist der thermische Widerstand des IGBT -Leistungsmoduls signifikant reduziert. Dies führt zu niedrigeren Betriebstemperaturen, was wiederum die Effizienz und Leistung der IGBTs verbessert. Durch die effiziente Wärmeabteilung kann das Leistungsmodul auch höhere Leistungsstufen ohne die Zuverlässigkeit umgehen.
Die hervorragende elektrische Isolierung, die von den Scheiben bereitgestellt wird, sorgt für den stabilen Betrieb des Moduls und minimiert elektrische Rauschen und Störungen. Dies führt zu einer saubereren und genaueren Leistungsumwandlung, wodurch die Gesamtleistung des Leistungsumrechnungssystems verbessert wird.
(2) Verbesserte Zuverlässigkeit
Die Aln -Keramik -Scheiben tragen zur langfristigen Zuverlässigkeit des IGBT -Leistungsmoduls bei. Ihre Fähigkeit, hohen Temperaturen und mechanischen Spannungen standzuhalten, verringert das Risiko eines Komponentenversagens aufgrund thermischer Zyklus und mechanischen Schwingungen.
Die zuverlässige elektrische Isolierung schützt das Modul auch vor elektrischen Fehlern wie kurzen Schaltungen und dielektrischen Abbau, wodurch die mittlere Zeit - zwischen - zwischen Ausfällen (MTBF) und der Gesamtlebensdauer des Leistungsmoduls erhöht wird.
(3) kompaktes Design
Aufgrund der hohen thermischen und elektrischen Eigenschaften von Aln -Keramikscheiben können IGBT -Leistungsmodule kompakte konzipiert werden. Die effiziente Wärmeabteilung ermöglicht eine genauere Packung von Komponenten ohne Überhitzungsbedenken, und die zuverlässige elektrische Isolierung ermöglicht die Integration von mehr Funktionen in einen kleineren Raum. Dieses kompakte Design ist für Anwendungen vorteilhaft, bei denen der Platz begrenzt ist, z. B. in Elektrofahrzeugen und Stromausrüstung.
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