如何克服热收缩性能的挑战芯片IGBT模块布局的改进。
规模与权力经常看起来像一枚硬币的两面。当你减少大小——ever-pressing目标在我们的行业之一——你不可避免地减少权力。但必须这样吗?通过将我们的思想从芯片到模块设计,没有必要抛硬币。
在IGBT模块,芯片收缩导致热阻增加,从而影响性能。但从更小的芯片衬底腾出更多的空间,可以使用这个新模块的可用空间优化布局。在本文中,我们将看看如何适应模块设计可以提高热性能。本文的第2部分将着眼于提高电气性能。
供参考,我们将使用新的1200 V, 600 EconoDUAL 3与TRENCHSTOP IGBT模块7技术,对应用程序进行了优化通用驱动器(加仑日),商业、建筑和农业车辆(CAV),不间断电源(UPS),太阳能。
1200 V TRENCHSTOPIGBT 7中等功率芯片技术特性收缩约30%相比,前者IGBT 4技术。较小的通常是更好的,但一个更小的芯片在一个不变的参考模块意味着更多的电流是来自相同的芯片面积。这将导致增加热阻抗从芯片连接到散热器。补偿,你可以使用高导电衬底材料、改善散热基板接触,或使用高导电热界面材料。然而,这样的材料导致更高的成本,所以他们往往不是设计师的首选。
但每个人都喜欢免费的东西,对吧?让我们将注意力转向衬底上的“自由”的空间。百分之三十更小的芯片衬底上导致更多的可用空间。现在我们如何使用这个新摆脱束缚的空间从芯片收缩来提高热阻抗?
首先,热阻抗从连接到散热器被定义为每个贡献层的电导率和厚度,更重要的是对于这个示例层内的热量扩散的影响。厚的热扩散或更高的电阻是否导电层占主导地位,取决于层厚度,其电导率,热量扩散。
在中等功率模块等EconoDUAL 3是,多个芯片并联实现较高的电流模块。由于这种并行化,不止一个芯片是热耦合的堆栈。热火方面从两个模块芯片重叠在某种程度上,导致这两个芯片的有效耦合面积减少(图1)。
模块与巨大的铜基板不太依赖自铜芯片之间的距离提供了一个厚,高导电散热器热路径。然而,在结合其他措施来优化模块布局,芯片放置能产生重大影响。
在图2中,您可以看到不同的芯片放置在两个EconoDUAL 3模块布局相同的热堆栈。除了优化芯片的位置,直接保税铜基板的布局(DBCs)也能产生影响。使用的三个小模块布局V2 DBCs——而不是两个大DBCs V1,降低蛀牙的底板可以优化,从而提高散热器的热接触。
看到芯片收缩,模块布局,DBC结合影响整个热阻抗(Rth, jh),我们对各种测量他们的影响IGBT 4和7 IGBT模块的布局。在图3的第二列(IGBT7模块布局V1, DBC # 1),您可以看到,通过缩小芯片尺寸没有任何改变布局,IGBT Rth, jh增加了约20%。
我们更进一步在第三列(IGBT7、模块布局V2, DBC # 1)显示改变模块的内部布局的影响从2到3 DBCs如图2所示。这表明通过模块布局,芯片收缩30%的影响可以被限制在一个IGBT junction-to-heat水槽Rth, jh增长了10% (IGBT7模块布局V2, DBC # 1)。
地址也需要更高的应用程序隔离电压,增加了DBC陶瓷厚度可以实现。图3的最后一列(IGBT7模块布局V2, DBC # 2)代表了新的设计较厚陶瓷:已有1200 V TRENCHSTOP IGBT 7。
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