Applikationsspezifische IGBTs für Klimaanlagen
Runter mit den Temperaturen
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Runter mit den Temperaturen
Thermisches und mechanisches Design
Die Abfuhr der Verlustleistung der Leistungshalbleiter ist ein zentrales Thema im Leistungsteildesign. Bei bedrahteten Bauteilen (THT) ist die Abfuhr der Verlustleistung verhältnismäßig einfach zu realisieren.
Hier kommen Profilkühlkörper zum Einsatz, die durch Wärmeleitfolien vom IGBT isoliert und über Federklemmen an die Bauteile fixiert werden. Hierbei ist die Wärmeabfuhr sehr gut, wobei aber der produktionstechnische Aufwand sehr hoch ist.
Eine Alternative zu den THT-Bauteilen ist der Einsatz von oberflächenbestückten Bauteilen (SMD). Diese sind im Allgemeinen einfach in den Produktionsprozess zu integrieren und benötigen keinen manuellen Eingriff. Die Leistungshalbleiter lassen sich durch verschiedene Verfahren an den Kühlkörper anbinden.
Elegante Lösungen zur Kontaktierung sind der Einsatz von IMS-Materialien (Insulated Metal Substrate); hierbei dient Aluminium als Wärmeleitmaterial, das eine deutlich bessere Wärmeleitfähigkeit als das Standardmaterial FR4 bietet.
Jobangebote+ passend zum Thema
Im Bereich der weißen Ware sind diese Materialien aufgrund der höheren Kosten nicht üblich.
Infineon empfiehlt für eine gute Wärmeabfuhr von den SMD-Gehäusen den Einsatz von zweilagigen FR4-Leiterplatten mit thermischen Durchkontaktierungen (Thermo-Vias).
Eine gute Kopplung des IGBT-Leadframes zum Kühlkörper wird durch den Einsatz von 200 µm dicken Vias erreicht (Bild 7).
Diese werden beim Herstellungsprozess der Leiterplatte durch die Kupfer-elektrolyse nahezu geschlossen und bieten eine gute Alternative zu reinen Kupferinlays.
Die Vias können über die gesamte IGBT-Leadframefläche verteilt werden, da kein Lötzinn mehr vom SMD-Gehäuse weggezogen wird.
Sind aufgrund der Herstellungsbedingungen nur größere Vias möglich, so empfiehlt der Hersteller eine Anordnung der Vias außerhalb des Leadframes.
Die isolierte Verbindung der Leiterplatte zum Kühlkörper ist über eine große Auswahl von selbstklebenden Wärmeleitfolien möglich.
Die Wärmeleitfolien bieten meist eine Isolation von über 4 kV an und sind für eine mechanische Verbindung ausreichend.
In Bild 8, Tabelle 1 und Formel (1) sind die allgemeinen Berechnungsvorschriften für die Auswahl und Anzahl der Vias dargestellt.
In dem Beispiel aus Tabelle 1 beträgt der thermische Widerstand der Via nach Formel (1) 94,7 K/W.
| Parameter | Wert | Beschreibung |
|---|---|---|
| X1 |
0,2 mm |
innerer Durchmesser der Vias inklusive 0,02 mm Kupfer |
| X2 |
0,22 mm |
Bohrdurchmesser der Vias |
| X3 |
0,1 mm |
Dicke der Kupferlage |
| X4 |
1 mm |
Dicke des Leiterplattenmaterials |
| 400 W/(m.K) |
thermische Leitfähigkeit von Kupfer |
Tabelle 1: Werte für das Via aus Bild 8
- Runter mit den Temperaturen
- Runter mit den Temperaturen
Lesen Sie mehr zum Thema
