IGBTs gelten heutzutage als die idealen Schalter. Sie finden in verschiedensten Industrien Anwendung. Damit Sie optimal funktionieren und eine lange Lebensdauer haben, spielt die Kühlung eine entscheidende Rolle.
Doch was ist ein IGBT genau? Warum eignet sich eine Cold Plate so gut zum Kühlen? Und was ist überhaupt eine Cold Plate? All diese Fragen klären wir in diesem Blogartikel.
Definition
Der IGBT hat sich zu dem am weitesten verbreiteten Bauelement in industriellen Anwendungen entwickelt. Heute bildet er das zentrale Element in Umrichtern für elektrische Antriebe aller Art.
IGBT ist die Abkürzung für Insulated Gate Bipolar Transistor. Er besteht aus drei Schichten von unterschiedlich dotiertem Silizium, angeordnet in Chips. Diese sind zwischen zwei Anschlüssen, der Collector-Emitter-Strecke und der Gate-Source-Strecke, angeordnet.
Durch das Anlegen einer Steuerspannung werden diese Siliziumschichten leitend. Hohe Ströme und Leistungen können mit einer sehr geringen Steuerspannung geschaltet werden.
Wie der Name andeutet, ist er eine Kombination aus folgenden Anwendungen und vereint deren Vorzüge:
MOSFET (=Insulated Gate)
Bipolartransistor (=Bipolar Transistor)
Typische Anwendungen
Aufgrund seiner Funktionsweise wird der IGBT vor allem in der Leistungselektronik eingesetzt. Hierzu zählen unter anderem:
IGBT-Leistungsmodule stellen dabei das Herzstück all dieser Anwendungen dar. Die Kühlung spielt hier überall eine wichtige Rolle. Besonders gut für die Kühlung eines IGBTs eignet sich eine Cold Plate.
Bei einer Cold Plate spricht man von einem Flüssigkeitskühlkörper, auf dem Leistungselektronik wie IGBT-Leistungsmodule montiert sind. Im inneren der Cold Plate befindet sich eine Kühlstruktur (Flow Field), die von einer Kühlflüssigkeit durchströmt wird (zum Beispiel deionisiertes Wasser oder eine Wasser-/Glykolmischung).
Die Cold Plate verhindert bei einem IGBT ein Überschreiten der maximalen Temperatur, die die Elektronik schädigen würde. Das ist insbesondere durch die Gestaltung der auf die Leistungselektronik angepassten Kühlstruktur möglich. Dieser Umstand wurde umfassend in Simulationen überprüft und durch Versuche am Bauteil am Leistungsprüfstand nachgewiesen. Auf diese Weise verbessert sie die Lebensdauer der Leistungselektronik.
Die meisten Freiheitsgrade im Design einer Kühlstruktur bietet die Verbindungstechnologie Vakuumlöten.
Die Vorteile sind direkt ableitbar von den Anforderungen an die Lebensdauer der Leistungselektronik.
Für eine optimale Lebensdauer darf ein IGBT bestimmte Temperaturen nicht überschreiten. Insofern ist eine bestmögliche Kühlung Grundvoraussetzung für die stabile und lange Funktionalität eines IGBTs.
Mit geringerer Chiptemperatur erhöht sich die Lebensdauer des Leistungsmoduls. Durch das Wissen über die genaue Anordnung der Chips auf der Bauteilfläche des IGBTs kann Miba Cooling durch thermische Simulation das ideale Kühlkonzept mit einer Cold Plate– in Kombination mit den Vorteilen der Technologie des Vakuumlötens - entwickeln.
Prototypen werden bei der Miba im Haus gefertigt und am eigenen IGBT-Prüfstand validiert. Dies bietet Kunden ein Bild des gesamten thermischen Pfades - vom Chip über das Interface Material zum Kühler und ins Kühlmedium. Die Kundenapplikation wird unter realen Bedingungen vor Serienstart charakterisiert.
IGBT-Module können aufgrund der hohen Leistungsanforderungen an die Kühlung am besten mit vakuumgelöteten Cold Plates gekühlt werden. Grund ist die ideal auf die Chipbelegung designte Kühlstruktur.
Das erhöht die Lebensdauer und leistet so einen wertvollen Beitrag zu einer stabilen Funktionalität der IGBTs.
Sie möchten mehr über die Kühlung von IGBTs mit Cold Plates erfahren? Sie haben Fragen, wie Sie in Ihrer Industrie davon profitieren können?
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