IGBT தொகுதிகளில் வெப்ப மேலாண்மை: நீண்ட ஆயுள் மற்றும் செயல்திறனுக்கான வடிவமைப்பு பரிசீலனைகள்

பவர் எலக்ட்ரானிக்ஸ் உலகில், இன்சுலேட்டட் கேட் இருமுனை டிரான்சிஸ்டர்கள் (ஐ.ஜி.பி.டி) என்பது இன்றியமையாத கூறுகள், அவை தொழில்துறை இயக்கிகள் மற்றும் புதுப்பிக்கத்தக்க எரிசக்தி அமைப்புகள் முதல் மின்சார வாகனங்கள் (ஈ.வி.க்கள்) மற்றும் அதிவேக ரயில்கள் வரையிலான பயன்பாடுகளில் மின்சார சக்தியின் ஓட்டத்தைக் கட்டுப்படுத்துகின்றன. உயர் மின்னழுத்த மற்றும் உயர்-நடப்பு சுமைகளை திறம்பட கையாளும் அவர்களின் திறன் நவீன சக்தி அமைப்புகளில் அவற்றை முக்கியமானதாக ஆக்கியுள்ளது. இருப்பினும், சக்தி கையாளுதல் திறன்களுடன் ஒரு குறிப்பிடத்தக்க சவால் வருகிறது: வெப்பம். அவற்றின் உகந்த செயல்திறன், நம்பகத்தன்மை மற்றும் நீண்ட ஆயுளை உறுதிப்படுத்த IGBT தொகுதிகளில் வெப்ப மேலாண்மை அவசியம்.

இந்த கட்டுரை IGBT தொகுதிகளில் வெப்ப நிர்வாகத்தின் முக்கியத்துவத்தை ஆராய்கிறது, தொகுதியின் செயல்திறன், செயல்பாட்டு ஆயுட்காலம் மற்றும் ஒட்டுமொத்த செயல்பாட்டை பாதிக்கும் முக்கிய வடிவமைப்பு கருத்தாய்வுகளை ஆராய்கிறது. இங்கு வழங்கப்பட்ட நுண்ணறிவுகள் வடிவமைப்பாளர்கள், பொறியாளர்கள் மற்றும் உற்பத்தியாளர்கள் பயனுள்ள வெப்ப நிர்வாகத்திற்கு பங்களிக்கும் காரணிகளையும், வெப்பத்தை கட்டுப்படுத்தக்கூடிய வழிகளையும் நன்கு புரிந்துகொள்ள உதவும் IGBT தொகுதிகள்.

IGBTS இன் பங்கைப் புரிந்துகொள்வது

வெப்ப நிர்வாகத்தில் டைவிங் செய்வதற்கு முன், சக்தி அமைப்புகளில் ஐ.ஜி.பி.டி.எஸ் வகிக்கும் முக்கிய பங்கைப் புரிந்துகொள்வது உதவியாக இருக்கும். ஐ.ஜி.பி.டி.எஸ் என்பது உயர் சக்தி பயன்பாடுகளில் மின் சக்தியை இயக்கவும் முடக்கவும் பயன்படுத்தப்படும் குறைக்கடத்தி சாதனங்கள். அவை MOSFET கள் (மெட்டல்-ஆக்சைடு-செமிகண்டக்டர் புலம்-விளைவு டிரான்சிஸ்டர்கள்) மற்றும் பிஜேடிஎஸ் (இருமுனை சந்தி டிரான்சிஸ்டர்கள்) ஆகிய இரண்டின் சிறந்த அம்சங்களை இணைத்து, உயர் மின்னழுத்த தடுப்பு மற்றும் திறமையான மின்னோட்ட கடத்தல் இரண்டையும் ஒப்பீட்டளவில் எளிதான கட்டுப்பாட்டு வழிமுறைகளுடன் வழங்குகின்றன.

அவற்றின் நன்மைகள் இருந்தபோதிலும், IGBT கள் மின் நீரோட்டங்களை மாற்றும்போது குறிப்பிடத்தக்க அளவு வெப்பத்தை உருவாக்குகின்றன. இந்த வெப்பம் மின் எதிர்ப்பு மற்றும் அதன் செயல்பாட்டின் போது சாதனத்தில் உள்ளார்ந்த இழப்புகள் ஆகியவற்றிலிருந்து வருகிறது. சரியாக நிர்வகிக்கப்படாவிட்டால், இந்த வெப்பம் குறைக்கப்பட்ட செயல்திறன், செயல்திறன் சீரழிவு அல்லது பேரழிவு தோல்விக்கு வழிவகுக்கும்.

வெப்ப நிர்வாகத்தின் முக்கியத்துவம்

IGBT தொகுதிகளில் வெப்ப மேலாண்மை என்பது பாதுகாப்பான இயக்க வரம்புகளுக்குள் இருப்பதை உறுதிசெய்ய தொகுதிக்குள் வெப்பநிலையைக் கட்டுப்படுத்தப் பயன்படுத்தப்படும் முறைகளைக் குறிக்கிறது. சரியான வெப்ப மேலாண்மை பல முக்கிய நோக்கங்களுக்கு உதவுகிறது:

• செயல்திறன் : அதிக வெப்பம் IGBT இல் எதிர்ப்பை அதிகரிக்கும், இது அதிக ஆற்றல் இழப்புகளுக்கு வழிவகுக்கும். பயனுள்ள வெப்ப மேலாண்மை இந்த இழப்புகளைக் குறைக்கிறது மற்றும் சாதனத்தின் ஒட்டுமொத்த செயல்திறனை மேம்படுத்துகிறது.

• நீண்ட ஆயுள் : அதிக வெப்பநிலை குறைக்கடத்தி பொருட்கள் மற்றும் சாலிடர் மூட்டுகளின் வயதை துரிதப்படுத்தும், இது முன்கூட்டிய தோல்விக்கு வழிவகுக்கும். IGBT ஐ குளிர்ச்சியாக வைத்திருப்பதன் மூலம், வெப்ப மேலாண்மை தொகுதியின் ஆயுட்காலம் நீடிக்கும்.

• நம்பகத்தன்மை : ஒரு IGBT அதிக வெப்பநிலையில் செயல்படும்போது, ​​தோல்வியின் ஆபத்து அதிகரிக்கிறது. திறமையான வெப்ப மேலாண்மை, நிலைமைகளை கோரும் நிலைமைகளில் கூட, தொகுதி நம்பத்தகுந்த முறையில் தொடர்ந்து செயல்படுவதை உறுதி செய்கிறது.

• செயல்திறன் : IGBT செயல்திறன் வெப்பநிலையால் நேரடியாக பாதிக்கப்படுகிறது. அதிகப்படியான வெப்பம் அதிகரித்த மாறுதல் நேரங்கள், மெதுவான பதில் மற்றும் ஒட்டுமொத்த செயல்திறனைக் குறைக்கும். வெப்ப நிலைகளை நிர்வகிப்பது சாதனம் அதன் உச்ச திறனில் இயங்குவதை உறுதி செய்கிறது.

பயனுள்ள வெப்ப நிர்வாகத்திற்கான முக்கிய வடிவமைப்பு பரிசீலனைகள்

பயனுள்ள வெப்ப மேலாண்மை என்பது வெப்பச் சிதறல், வெப்ப பரிமாற்ற செயல்திறன், வெப்ப எதிர்ப்பு மற்றும் ஐ.ஜி.பி.டி தொகுதிகளில் பயன்படுத்தப்படும் பொருட்களின் இயற்பியல் பண்புகள் உள்ளிட்ட பல காரணிகளை நிவர்த்தி செய்வதை உள்ளடக்குகிறது. உகந்த வெப்ப செயல்திறனை பராமரிப்பதற்கான மிக முக்கியமான சில வடிவமைப்புக் கருத்தாய்வுகளை ஆராய்வோம் IGBT தொகுதிகள் :

1. வெப்ப எதிர்ப்பு

IGBT தொகுதிகளுக்குள் வெப்பத்தை நிர்வகிப்பதில் வெப்ப எதிர்ப்பு ஒரு முக்கிய காரணியாகும். இது வெப்ப ஓட்டத்திற்கு பொருளின் எதிர்ப்பைக் குறிக்கிறது, இது IGBT இலிருந்து வெப்பம் எவ்வளவு எளிதில் விலகிச் செல்ல முடியும் என்பதை தீர்மானிக்கிறது. சக்தி தொகுதிகளில், வெப்ப எதிர்ப்பு முதன்மையாக சந்தி-க்கு-வழக்கு எதிர்ப்பு, சந்தி-க்கு-ஆம்பியண்ட் எதிர்ப்பு மற்றும் தொகுதிக்குள் பயன்படுத்தப்படும் எந்தவொரு இன்சுலேடிங் பொருட்களின் வெப்ப எதிர்ப்பு ஆகியவற்றால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது.

வெப்ப எதிர்ப்பைக் குறைக்க, வடிவமைப்பாளர்கள் பொதுவாக IGBT தொகுதியில் பயன்படுத்தப்படும் பொருட்களின் வெப்ப கடத்துத்திறனை மேம்படுத்துவதில் கவனம் செலுத்துகிறார்கள். செம்பு, அலுமினியம் அல்லது பீங்கான் அடி மூலக்கூறுகள் போன்ற சிறந்த வெப்ப பரிமாற்ற பண்புகளைக் கொண்ட பொருட்களைத் தேர்ந்தெடுப்பதன் மூலம், IGBT ஆல் உருவாக்கப்படும் வெப்பத்தை குளிரூட்டும் முறைக்கு மிகவும் திறமையாக மாற்ற முடியும்.

2. குளிரூட்டும் தீர்வுகள்

ஏற்றுக்கொள்ளக்கூடிய வரம்புகளுக்குள் IGBT தொகுதிகளின் வெப்பநிலையை பராமரிக்க நம்பகமான குளிரூட்டும் தீர்வு முக்கியமானது. குளிரூட்டும் முறைகளை செயலில் மற்றும் செயலற்ற குளிரூட்டும் தீர்வுகளாக பரவலாக வகைப்படுத்தலாம்.

• செயலற்ற குளிரூட்டல் : இந்த முறை தொகுதியிலிருந்து வெப்பத்தை சிதறடிக்க வெப்ப மூழ்கிகள் மற்றும் இயற்கை வெப்பச்சலனத்தை நம்பியுள்ளது. வெப்ப சுமை நிர்வகிக்கக்கூடிய குறைந்த சக்தி பயன்பாடுகளுக்கு இது பொருத்தமானது, ஆனால் செயலற்ற குளிரூட்டல் உயர் சக்தி தொகுதிகளுக்கு போதுமானதாக இருக்காது.

• செயலில் குளிரூட்டல் : செயலில் குளிரூட்டும் தீர்வுகள் தொகுதியிலிருந்து வெப்பத்தை தீவிரமாக அகற்ற ரசிகர்கள், திரவ குளிரூட்டல் அல்லது வெப்பப் பரிமாற்றிகள் போன்ற வெளிப்புற சாதனங்களைப் பயன்படுத்துகின்றன. அதிக சக்தி கொண்ட IGBT தொகுதிகளுக்கு, சாதனத்தின் வெப்பநிலையை பாதுகாப்பான இயக்க வரம்புகளுக்குள் பராமரிக்க செயலில் குளிரூட்டல் பெரும்பாலும் தேவைப்படுகிறது.

நவீன ஐ.ஜி.பி.டி வடிவமைப்புகளில், காற்று குளிரூட்டும் முறைகளுடன் ஒப்பிடும்போது அதன் அதிக வெப்ப சிதறல் திறன் காரணமாக திரவ குளிரூட்டல் பெருகிய முறையில் பிரபலமடைந்து வருகிறது. குளிரூட்டியைப் பயன்படுத்தி IGBT தொகுதியின் நேரடி குளிரூட்டல் மூலமாகவோ அல்லது தொகுதியிலிருந்து வெப்பத்தை உறிஞ்சும் குளிர் தட்டைப் பயன்படுத்துவதன் மூலமாகவோ திரவ குளிரூட்டலை அடைய முடியும்.

3. வெப்ப மடு வடிவமைப்பு

பல IGBT தொகுதிகளில் வெப்ப மூழ்கிகள் அத்தியாவசிய கூறுகள். ஒரு வெப்ப மடு பொதுவாக அலுமினியம் அல்லது தாமிரம் போன்ற அதிக வெப்ப கடத்துத்திறன் கொண்ட பொருட்களிலிருந்து தயாரிக்கப்படுகிறது, மேலும் வெப்பச் சிதறலுக்கு கிடைக்கக்கூடிய பரப்பளவை அதிகரிக்க வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது. வெப்பத்தின் பெரிய பரப்பளவு, மிகவும் திறம்பட அது வெப்பத்தை சிதறடிக்கும்.

பயனுள்ள வெப்ப மடு வடிவமைப்பு அதன் மேற்பரப்பு பகுதியை அதிகரிக்கவும், வெப்பச் சிதறலை அதிகரிக்கவும் வெப்ப மூழ்கியின் வடிவவியலை மேம்படுத்துவதை உள்ளடக்குகிறது. உதாரணமாக, சுற்றியுள்ள காற்றோடு தொடர்பு கொள்ளும் மேற்பரப்புப் பகுதியை அதிகரிக்க, ஒட்டுமொத்த வெப்ப சிதறல் செயல்திறனை மேம்படுத்துவதற்கும், ஃபைனட் வெப்ப மூழ்கிகள் பொதுவாக IGBT தொகுதிகளில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

4. வெப்ப இடைமுகப் பொருட்கள் (TIM கள்)

வெப்ப கடத்துத்திறனை மேம்படுத்த IGBT சிப் மற்றும் வெப்ப மடு அல்லது குளிரூட்டும் முறைக்கு இடையில் வெப்ப இடைமுக பொருட்கள் (TIM கள்) பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இந்த பொருட்கள் மேற்பரப்புகளுக்கு இடையிலான நுண்ணிய இடைவெளிகளை நிரப்புகின்றன மற்றும் இடைமுகத்தில் வெப்ப எதிர்ப்பைக் குறைக்கின்றன.

வெப்ப நிர்வாகத்தின் செயல்திறனை உறுதி செய்வதில் டிம் தேர்வு முக்கியமானது. பொதுவான டிஐஎம்களில் வெப்ப கிரீஸ்கள், கட்ட-மாற்ற பொருட்கள் (பிசிஎம்கள்) மற்றும் வெப்ப கடத்தும் பட்டைகள் ஆகியவை அடங்கும். இந்த பொருட்கள் ஒவ்வொன்றும் அதன் நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளன, மேலும் பயன்பாட்டின் வெப்பத் தேவைகள், பயன்பாட்டின் எளிமை மற்றும் காலப்போக்கில் ஆயுள் போன்ற காரணிகளின் அடிப்படையில் தேர்ந்தெடுக்கப்படுகின்றன.

5. தொகுதி பேக்கேஜிங் மற்றும் கட்டுமானம்

ஒரு IGBT தொகுதியின் பேக்கேஜிங் அதன் வெப்ப செயல்திறனில் குறிப்பிடத்தக்க பங்கைக் கொண்டுள்ளது. திறமையான பேக்கேஜிங் IGBT ஆல் உருவாக்கப்படும் வெப்பம் குளிரூட்டும் முறைக்கு திறம்பட மாற்றப்படுவதையும், வெப்ப அழுத்தத்தின் கீழ் சாதனம் இயந்திரத்தனமாக நிலையானதாக இருப்பதையும் உறுதி செய்கிறது.

வெப்ப நிர்வாகத்திற்கு கூடுதலாக, பேக்கேஜிங் ஐ.ஜி.பி.டி தொகுதியை ஈரப்பதம், தூசி மற்றும் இயந்திர அதிர்ச்சி போன்ற சுற்றுச்சூழல் காரணிகளிலிருந்து பாதுகாக்க வேண்டும். நவீன ஐ.ஜி.பி.டி தொகுதிகள் பெரும்பாலும் பீங்கான் அடி மூலக்கூறுகள் அல்லது நேரடி செப்பு பிணைப்பு (டி.சி.பி) அடி மூலக்கூறுகள் போன்ற மேம்பட்ட பேக்கேஜிங் பொருட்களைக் கொண்டுள்ளன, அவை இயந்திர பாதுகாப்பு மற்றும் திறமையான வெப்பச் சிதறல் இரண்டையும் வழங்குகின்றன.

மேம்பட்ட வெப்ப மேலாண்மை தொழில்நுட்பங்கள்

IGBT தொகுதிகள் உருவாகியுள்ளதால், அவற்றின் வடிவமைப்பில் வெப்ப மேலாண்மை தொழில்நுட்பங்களும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. சமீபத்திய IGBT தொகுதிகளில் செயல்படுத்தப்படும் சில மேம்பட்ட நுட்பங்கள் பின்வருமாறு:

• நேரடி நீர் குளிரூட்டல் : மின்சார வாகனங்கள் அல்லது தொழில்துறை மோட்டார் டிரைவ்கள் போன்ற சில உயர் சக்தி பயன்பாடுகளில், ஐ.ஜி.பி.டி கள் நேரடியாக தண்ணீரில் குளிரூட்டப்படுகின்றன. நீர் குளிரூட்டல் சிறந்த வெப்ப கடத்துத்திறனை வழங்குகிறது மற்றும் IGBT இன் இயக்க வெப்பநிலையின் துல்லியமான கட்டுப்பாட்டை அனுமதிக்கிறது.

• மேம்பட்ட வெப்பப் பொருட்கள் : பொருட்கள் அறிவியலில் புதிய முன்னேற்றங்கள் கிராபெனின் அடிப்படையிலான வெப்ப இடைமுகப் பொருட்கள் போன்ற மேம்பட்ட வெப்ப மேலாண்மை பொருட்களை உருவாக்க வழிவகுத்தன, அவை பாரம்பரிய பொருட்களுடன் ஒப்பிடும்போது மேம்பட்ட வெப்ப சிதறல் திறன்களை வழங்குகின்றன.

• ஸ்மார்ட் வெப்ப கண்காணிப்பு : நவீன ஐ.ஜி.பி.டி தொகுதிகள் பெரும்பாலும் வெப்ப சென்சார்கள் பொருத்தப்பட்டுள்ளன, அவை நிகழ்நேரத்தில் தொகுதியின் வெப்பநிலையை கண்காணிக்கின்றன. இந்த சென்சார்கள் குளிரூட்டும் முறையின் செயல்திறனை மேம்படுத்தவும் முன்கணிப்பு பராமரிப்புக்கான கருத்துக்களை வழங்கவும் உதவுகின்றன.

வெப்ப மேலாண்மை மற்றும் தீர்வுகளில் சவால்கள்

வெப்ப மேலாண்மை தொழில்நுட்பங்களில் குறிப்பிடத்தக்க முன்னேற்றங்கள் செய்யப்பட்டுள்ள நிலையில், சவால்கள் உள்ளன. சில பொதுவான சவால்கள் பின்வருமாறு:

• அதிக சக்தி அடர்த்தி : IGBT தொகுதிகள் மிகவும் கச்சிதமானதாகவும், அதிக சக்தி அடர்த்தியைக் கையாளும் திறன் கொண்டதாகவும் இருப்பதால், வெப்பத்தின் அளவு அதிகரிக்கும். இது குளிரூட்டும் அமைப்புகள் மற்றும் வெப்ப மேலாண்மை நுட்பங்களில் அதிக கோரிக்கைகளை வைக்கிறது.

• வெப்ப சைக்கிள் ஓட்டுதல் : செயல்பாட்டின் போது ஐ.ஜி.பி.டி தொகுதிகளின் தொடர்ச்சியான வெப்பம் மற்றும் குளிரூட்டல் வெப்ப சோர்வை ஏற்படுத்தும் மற்றும் காலப்போக்கில் பொருள் சீரழிவுக்கு வழிவகுக்கும். இந்த சிக்கலை உயர்தர பொருட்களின் பயன்பாடு மற்றும் வெப்ப அழுத்தத்தைக் குறைக்க கவனமாக வடிவமைப்பதன் மூலம் குறைக்க முடியும்.

• செயல்திறன் மற்றும் செலவு : மேம்பட்ட வெப்ப மேலாண்மை தொழில்நுட்பங்கள் செயல்திறனை மேம்படுத்த முடியும் என்றாலும், அவை பெரும்பாலும் அதிக செலவுகளுடன் வருகின்றன. உகந்த வெப்ப செயல்திறனை அடைவதற்கும் ஒட்டுமொத்த கணினி செலவை பட்ஜெட்டுக்குள் வைத்திருப்பதற்கும் இடையில் பொறியாளர்கள் சமநிலையை ஏற்படுத்த வேண்டும்.

முடிவு

IGBT தொகுதிகளில் வெப்ப மேலாண்மை என்பது சக்தி மின்னணு அமைப்புகளின் நீண்ட ஆயுள், நம்பகத்தன்மை மற்றும் செயல்திறனை உறுதி செய்வதற்கான ஒரு முக்கிய அம்சமாகும். வெப்ப எதிர்ப்பு, குளிரூட்டும் தீர்வுகள், வெப்ப மடு வடிவமைப்பு மற்றும் தொகுதி பேக்கேஜிங் போன்ற முக்கிய வடிவமைப்பு பரிசீலனைகளைப் புரிந்துகொள்வதன் மூலமும் உரையாற்றுவதன் மூலமும், பொறியாளர்கள் மிகவும் திறமையான மற்றும் நீடித்த IGBT- அடிப்படையிலான அமைப்புகளை உருவாக்க முடியும். பொருட்கள் மற்றும் குளிரூட்டும் தொழில்நுட்பங்களில் தொடர்ச்சியான முன்னேற்றங்களுடன், சக்தி தொகுதிகளில் வெப்ப நிர்வாகத்தின் எதிர்காலம் நம்பிக்கைக்குரியதாகத் தெரிகிறது.

தொழில்கள் அதிக சக்தி அடர்த்தி மற்றும் மிகவும் திறமையான அமைப்புகளை தொடர்ந்து கோருவதால், ஜியாங்சு டோங்காய் செமிகண்டக்டர் கோ, லிமிடெட் போன்ற நிறுவனங்கள் ஐ.ஜி.பி.டி தீர்வுகளை கண்டுபிடிப்பதில் முன்னணியில் உள்ளன. உயர் செயல்திறன், நம்பகமான ஐ.ஜி.பி.டி தொகுதிகளை உருவாக்குவதற்கான அவர்களின் அர்ப்பணிப்பு இந்த துறையில் தற்போதைய முன்னேற்றத்தையும் நவீன சக்தி மின்னணுவியலில் பயனுள்ள வெப்ப நிர்வாகத்தின் முக்கியத்துவத்தையும் பிரதிபலிக்கிறது.