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IGBT热耦合

由于小尺寸模块中的晶体管和二极管芯片所以必须考虑它们之间的热耦合问题。根据[文献37]的计算,当芯片间的距离在一定范围内,芯片的温度会因为热耦合而上升。比如对Al2O3-DCB 陶瓷底板,它的距离范围为对36 mm²的芯片,见图2.5.21,距离应为3.6mm。这可作为一个经验公式使用,但对每一种情况下都应考虑模块散热层的影响。
一个36 mm2的芯片的 热阻Rth(j-s)同距离的关系 (导热膏厚度:带底板100 μm,不带底板 25 μm)右边是芯片温度(间距 0mm,1mm 和6mm)
芯片间的距离越近,热耦合就会
- 在DCB 金属化顶部(例如,当模块在封装等级最大的额定电流时)
- 在底板上(例如标准IGBT 模块中的IGBT+反向二极管)
- 在散热器
热阻抗
如上所述,除了功率模块的静态热特性,它的动态热特性也是重要的,它是通过热阻抗来描述的。图2.5.22 给出了不同芯片面积,DBC 基板模块的热阻抗Zth(j-c) 的时间曲线。
不同芯片面积,DBC 基板模块的热阻抗Zth(j-c) 的时间曲线
对于一个给定的模块阻抗Zth 曲线,它可以随着不同的芯片面积上下移动,即芯片面积可以改变阻抗的绝对值,而不是指数函数的时间常数。同计算热阻相似,对于一个给结构,针对不同的芯片表面积热阻抗可以如下计算:

  带有和没有底板模块的热阻抗最初很接近,当热量还在芯片和DCB 基板中扩散(图2.5.23)。当时间超过100 毫秒后,两者的差异随着时间的推移而增大。而在1 到2 秒的时间范围内,因为铜板的热容量,它占有优势。但较长时间,无底板模块因为较小的热阻Rth 而占有优势。
600 A/1200 V 有底板模块 (SEMiX4) 同无底板模块(SKiiP4)的热阻Rth 比较
 

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