IGBT 功率模组散热分析与设计

绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT），是半导体元件的一种，主要用于电动车辆、铁路机车及动车组的交流电电动机的输出控制目前，IGBT功率模块内部结构已经很成熟，众所周知，要想减小模块内部的界面热阻和材料热阻十分困难。因此，现在的散热偏向于对Rsa的研究，目的是减小热阻，尽快的将模块产生的热量散热到空气中，降低模块温度。本文主要综述了IGBT模块到环境的散热技术，主要分为主动散热和被动散热，散热技术涉及热管散热技术、基于PCM的散热器、空气射流和液体射流等。

IGBT作为能量变换与传输的核心元件，广泛应用于化工、冶金、轨道交通和新能源等领域，为利用可持续清洁能源缓解全球化石能源危机和环境问题做出了大量努力。功率模块通过热传导、热对流和热辐射的方式将热量传递到大气中。针对IGBT热量密度和应用场景不同，需要用不同的散热方式，主要分为被动散热和主动散热。两者主要区别在于被动散热是通过自然对流散热将热量散发到大气环境中，不借助外界力，主动散热是利用风冷或水冷的散热方式，借助外力通过强制对流传热将热量散发到空气环境中。

被动散热比主动散热结构简单、成本低、可靠性高，但散热效果不太明显，主动散热由于借助外力散热效果好，冷却速度快。基于热阻网络系统模型对IGBT功率模块进行散热分析与设计，有可能达到最优的散热效果。

 

作者

林唯耕教授

学历 | 美国马里兰大学博士

现职 | 国立清华大学工程与系统科学系，兼任教授

专长 | 电子组装散热、热管、环路式热管（CPL，LHP，PHP）、节能设计、太阳能储热与冷却、热流系统、电子元件之冷却、双相流、人造卫星及高空飞行物之热传元件