IGBT模塊集成微流道散熱的仿真及優(yōu)化.pdf

1、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)自1982年誕生以來，在逆變器、變頻器、電力傳動(dòng)、軌道交通等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，是當(dāng)今成長(zhǎng)最快的一種混合型功率電力電子器件，并一度被認(rèn)為是電力電子行業(yè)最具潛力的功率器件，被喻為電力電子行業(yè)的“CPU”。IGBT不但具有功率MOSFET的開關(guān)速率快和電壓控制的優(yōu)點(diǎn)，而且還有雙極型晶體管載流密度大、導(dǎo)通電壓低的優(yōu)點(diǎn)。由于IGBT長(zhǎng)期工作在高頻的開關(guān)狀態(tài)，加上芯片集成度和電流密度不斷增大，直接導(dǎo)致具大的功率損耗，

2、其大部分轉(zhuǎn)化為熱量致使IGBT溫度不斷升高，而半導(dǎo)體元件對(duì)溫度相當(dāng)敏感，高溫可能導(dǎo)致器件功能異常，很可能會(huì)因?yàn)闇囟冗^高燒壞芯片，所以IGBT模塊散熱條件的優(yōu)良程度，將在很大程度上影響其運(yùn)行的安全性和使用壽命。
　　本文將研究最新的微流道散熱技術(shù)，即熱封裝技術(shù)，在IGBT模塊的基板內(nèi)設(shè)計(jì)微流道，可以極大的提高電力電子器件的散熱性能，精簡(jiǎn)散熱器設(shè)計(jì)甚至略去散熱器，降低散熱過程的能耗。通過對(duì)平行流道和交錯(cuò)流道的多次設(shè)計(jì)仿真，提出來一種適

3、合于IGBT熱封裝的新型流道，交錯(cuò)式梯形微流道，增大了換熱面積降低了溫度梯度，充分利用冷卻工質(zhì)入口處低熱阻，及熱流逐漸衰減的特點(diǎn)，合理利用材料節(jié)約能源。交錯(cuò)結(jié)構(gòu)有助于增加冷媒擾動(dòng)，從而間接增大了對(duì)流換熱系數(shù)，冷媒在交錯(cuò)的地方匯合，內(nèi)部相互熱傳導(dǎo)使得整個(gè)橫向上的溫度梯度降低，很大程度上彌補(bǔ)了單排平行流道溫度梯度大的缺點(diǎn)。然后通過ANSYS的FLUENT模塊模擬流、固耦合傳熱的情況，更直觀的反映散熱情況。接著在Isight5.0平臺(tái)上搭建P