IGBT是一種新型的半導(dǎo)體器件，作為新型功率半導(dǎo)體器件的主流器件，無論在工業(yè)、 通信、3C電子等傳統(tǒng)領(lǐng)域，還是軌道交通、新能源、智能電網(wǎng)、新能源汽車等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，IGBT都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。
一，IGBT模塊中的熱管理
IGBT因其高功率密度而產(chǎn)生大量熱量，功率器件與散熱器之間存在的空氣間隙會產(chǎn)生非常大的接觸熱阻，顯著增大兩個界面之間的溫差。為了確保IGBT模塊高效、安全和穩(wěn)定地工作，對其熱管理技術(shù)也是新型產(chǎn)品設(shè)計和應(yīng)用的最重要環(huán)節(jié)。
一般用來降低界面接觸熱阻的方法是填充柔軟的導(dǎo)熱材料，即熱界面材料（Thermal Interface Materials，TIM）。合理的選擇TIM，不僅要考慮其熱傳導(dǎo)能力，還要兼顧生產(chǎn)中的工藝、維護操作性及長期可靠性。10℃法則表明：器件溫度每降低10℃，可靠性增加1倍，目前由于IGBT因熱失控而導(dǎo)致失效的現(xiàn)象最為常見，可以說，大部分的IGBT功率半導(dǎo)體模塊的失效原因都與熱量有關(guān)，因此，可靠的熱管理是保障IGBT長期使用的當(dāng)務(wù)之急。IGBT的可靠性也成為目前行業(yè)研究的熱點所在。
二，JONES針對IGBT模塊的高效熱管理方法
IGBT模塊散熱示意圖
JonES 21-6series系列 TIM石墨系列屬于低密度石墨，具有一定的壓縮性能，因其具有長期使用可靠性已在客戶大量應(yīng)用。JONES工程師用 200μm TIM 石墨和 3.3W/m·K 常規(guī) Thermal Grease 進行了壓縮—熱阻測試對比，在 70 PSI 的壓縮應(yīng)力下，TIM 石墨的熱阻更低，具有更加優(yōu)異的導(dǎo)熱效果，并且具有長期的耐高低溫性能?？纱蠓冉档涂蛻艉笃谝蚓S修產(chǎn)生的費用。
與此同時，TIM 石墨水平熱擴散系數(shù)達到900 mm2/s，且可模切成特定形狀易安裝，目前已實現(xiàn)在終端客戶的自動化裝配。
Thermal Resistance vs Compression 
2） JonES 21-4series 系列抗“Pump-out”導(dǎo)熱硅脂 保護IGBT模塊，安全運行恒穩(wěn)定
導(dǎo)熱硅脂因其表面潤濕性好，接觸熱阻低，最早作為 TIM 應(yīng)用在 IGBT 模塊。但受功率器件長期工作熱脹冷縮的影響，根據(jù)以往使用傳統(tǒng)導(dǎo)熱硅脂的經(jīng)驗，多少會存在固有材料的遷移現(xiàn)象，也就是所說的“泵出”（pump-out）的問題，從而使 IGBT 模塊與散熱器之間產(chǎn)生空氣間隙，接觸熱阻增大。另一方面，傳統(tǒng)硅脂還會隨著小分子硅油的揮發(fā)，出現(xiàn)砂化變干的問題，從而影響散熱效果，且后期維護不易清理、厚度不可控。因此，傳統(tǒng)硅脂散熱方案，也會使客戶對IGBT模塊的可靠性和性能會產(chǎn)生疑慮。
JONES抗“Pump-out”導(dǎo)熱硅脂系列產(chǎn)品，完美解決傳統(tǒng)導(dǎo)熱硅脂泵出問題，確保 IGBT 模塊更加有效的散熱和可靠的運行。
3）JonES 21-7series 系列導(dǎo)熱相變材料 保障IGBT模塊，釋放潛熱新選擇
導(dǎo)熱相變材料是一種隨溫度變化而改變形態(tài)的材料。JonES 21-7系列導(dǎo)熱相變材料，在室溫下保持固態(tài)，直到 IGBT 模塊設(shè)備的工作熱量使其“熔化”并浸潤整個界面，其極低的熱阻可高效的將熱量導(dǎo)出。在低于相變溫度時，又轉(zhuǎn)變成固態(tài)，可避免像導(dǎo)熱硅脂那樣溢出的風(fēng)險。
JONES持續(xù)探索熱界面材料新配方，應(yīng)對IGBT模塊導(dǎo)熱的新挑戰(zhàn)，確保設(shè)備在其生命周期內(nèi)，具有穩(wěn)定的熱性能而開發(fā)更加散熱高效和運行可靠的整體熱管理解決方案。
（來源：JONES）
IGBT模塊即是功率器件，其具有驅(qū)動電壓低、功率處理能力強、開關(guān)頻率高等優(yōu)點。但也離不開熱學(xué)特性，功率半導(dǎo)體模塊的弱點是過壓過熱，因此，其處理熱量的能力則會限制其高功率的應(yīng)用。
從熱設(shè)計的角度而言，可以從三個方面降低熱阻：封裝材料，TIM，散熱器。目前，IGBT主要散熱方案為風(fēng)冷與液冷，將IGBT直接安裝在散熱器上，IGBT模塊的熱量通過TIM直接傳遞到散熱器的外殼，再通過風(fēng)冷或液冷強制對流的方式將熱量帶走。
近年來，對IGBT用TIM提出了更高的要求：低熱阻及長期使用的可靠性。為了保障客戶對不同IGBT模塊散熱需求，JONES針對客戶的不同應(yīng)用需求，提出多項選擇的高可靠性散熱解決方案。
1） JonES 21-6series 系列TIM石墨
保駕IGBT模塊，長效可靠不維修
與此同時，TIM 石墨水平熱擴散系數(shù)達到900 mm2/s，且可模切成特定形狀易安裝，目前已實現(xiàn)在終端客戶的自動化裝配。
（來源：JONES）
