Radiator de căldură din cupru și aluminiu pentru răcire IGBT de mare putere

Modulele IGBT de mare putere sunt utilizate pe scară largă în electronica de putere, sistemele de energie regenerabilă, acționările industriale, sistemele de tracțiune, echipamentele de stocare a energiei și dispozitivele de conversie a puterii de înaltă tensiune. În timpul funcționării, modulele IGBT generează o cantitate mare de căldură. Dacă această căldură nu este eliminată eficient, temperatura joncțiunii poate crește rapid, ducând la o eficiență redusă, stres termic, reducerea puterii sau chiar defectarea modulului.

Pentru multe aplicații de putere mare, se ia adesea în considerare un radiator de tip conductă de căldură, deoarece conductele de căldură pot transfera căldura eficient pe o anumită distanță. Cu toate acestea, în medii dure, cum ar fi cele exterioare, cu umiditate ridicată, altitudine mare și temperatură scăzută, soluțiile de răcire bazate pe conducte de căldură se pot confrunta cu riscuri de fiabilitate. Fluidul de lucru al conductei de căldură poate îngheța în medii extrem de reci, iar structura conductei etanșe poate suferi scurgeri sau degradarea performanței pe termen lung.

Pentru a rezolva aceste probleme, Kingka a dezvoltat un radiator lipit cu cupru-aluminiu, bazat pe o placă de bază din cupru, aripioare din aluminiu șlefuite și tehnologie de lipire cu pastă de lipit la temperaturi ridicate. Această structură evită utilizarea conductelor de căldură și se bazează pe conducția termică în stare solidă prin materiale de cupru și aluminiu, oferind o soluție de răcire IGBT mai stabilă și mai fiabilă pentru condiții dure de lucru.

De ce răcirea IGBT de mare putere este o provocare critică în design

Modulele IGBT sunt componentăe de putere esențiale în multe sisteme electrice. Acestea comută între tensiuni înalte și curenturi înalte, ceea ce înseamnă că produc căldură semnificativă în timpul funcționării. Când căldura nu poate fi transferată suficient de repede de la modul, temperatura dispozitivului crește și afectează atât performanța, cât și durata de viață.

În aplicațiile reale, managementul termic IGBT nu se referă doar la reducerea temperaturii. Clienții sunt de obicei preocupați de câteva aspecte mai profunde:

• Cum să reduci punctele fierbinți locale sub modulul IGBT

• cum să îmbunătățești răspândirea căldurii pe baza radiatorului

• cum să mențineți o performanță stabilă de răcire în medii exterioare

• cum să evitați scurgerile, înghețul și riscurile de întreținere

• cum să echilibrezi capacitatea de răcire, fiabilitatea structurală, greutatea și costul

• cum să construiești un radiator personalizat care să se potrivească spațiului real de instalare

Din acest motiv, un radiator standard din aluminiu nu este adesea suficient pentru aplicații IGBT de mare putere. Este necesară o structură personalizată a radiatorului, mai fiabilă.

Probleme comune ale radiatoarelor de căldură în medii dure

Radiatoarele cu conducte de căldură pot fi eficiente în multe medii controlate. Cu toate acestea, pentru aplicații în aer liber și în condiții extreme, acestea pot crea riscuri tehnice care nu pot fi ignorate.

1. risc de îngheț în medii cu temperaturi scăzute

O conductă de căldură conține fluid de lucru în interiorul tubului etanș. În medii cu temperatură scăzută, acest fluid intern poate îngheța. Odată ce are loc înghețarea, volumul fluidului se poate extinde și deteriora structura internă a conductei de căldură. În cazuri grave, conducta se poate crăpa, provocând defectarea întregii funcții de transfer de căldură.

Pentru sistemele IGBT de mare putere utilizate în regiuni reci, centrale electrice în aer liber, echipamente de mare altitudine sau condiții de funcționare de iarnă, aceasta este o problemă majoră de fiabilitate.

2. risc de scurgeri și de defecțiune a etanșării

O conductă de căldură depinde de o structură etanșă. Dacă zona de etanșare îmbătrânește, se fisurează sau se defectează din cauza vibrațiilor pe termen lung, a umidității, a ciclurilor termice sau a stresului mecanic, fluidul de lucru intern se poate scurge. Odată ce apare o scurgere, conducta de căldură își va pierde capacitatea de transfer de căldură.

Pentru răcirea electronicii de putere, acest tip de defecțiune poate să nu fie ușor de detectat în stadiu incipient, dar poate afecta direct siguranța și fiabilitatea întregului sistem.

3. degradarea performanței în timpul utilizării pe termen lung

Performanța de transfer termic al unei conducte de căldură depinde de circulația internă a fluidului de lucru, de structura fitilului și de schimbarea fazei vapori-lichid. În condiții dure de lucru, ciclurile termice pe termen lung și stresul mecanic pot reduce stabilitatea performanței.

De aceea, pentru unele proiecte de răcire IGBT în condiții dificile, un radiator cu conducție solidă, fără fluid de lucru intern, poate fi o alegere mai fiabilă.

Concept de design al radiatorului lipit cu cupru-aluminiu

Radiatorul lipit din cupru-aluminiu este conceput pentru a rezolva problemele de fiabilitate ale sistemelor de răcire bazate pe conducte de căldură. În loc să utilizeze circulația internă a fluidului, radiatorul folosește o placă de bază din cupru pentru distribuirea căldurii și aripioare din aluminiu pentru disiparea căldurii.

Placa de bază din cupru absoarbe și distribuie rapid căldura de la modulul IGBT, în timp ce structura aripioarelor din aluminiu mărește suprafața de disipare a căldurii și transferă căldura în aerul din jur.

Acest design combină avantajele cuprului și aluminiului:

• cuprul oferă o conductivitate termică excelentă și o distribuție excelentă a căldurii

• aluminiul oferă o structură ușoară și o disipare a căldurii pe o suprafață mare

• Lipirea îmbunătățește contactul interfațat dintre cupru și aluminiu

• absența conductei de căldură înseamnă că nu există îngheț, nu există scurgeri și o fiabilitate ecologică mai mare

Această structură este potrivită în special pentru răcirea IGBT de mare putere, răcirea electronicelor de putere în exterior și soluții personalizate de management termic utilizate în medii dure.

parametrii structurii centrale ai radiatorului de căldură cupru-aluminiu

Structura radiatorului este proiectată pe principiul „răspândirii căldurii + disipării eficiente a căldurii”. Placa de bază din cupru gestionează căldura concentrată de la modulul IGBT, în timp ce aripioarele din aluminiu măresc suprafața de răcire eficientă.

principalii parametri structurali

Această combinație de parametri este potrivită pentru radiatoare personalizate de dimensiuni mari din aluminiu, radiatoare din cupru și aluminiu și radiatoare de răcire IGBT care necesită performanțe termice stabile și o adaptabilitate puternică la mediu.

De ce să folosești o placă de bază din cupru de 5 mm?

Suprafața inferioară a unui modul IGBT generează adesea căldură concentrată. Dacă această căldură este transferată direct către un radiator din aluminiu, pot apărea diferențe locale de temperatură, deoarece aluminiul are o conductivitate termică mai mică decât cuprul.

O placă de bază din cupru de 5 mm ajută la rezolvarea acestei probleme prin distribuirea mai uniformă a căldurii înainte ca aceasta să pătrundă în structura aripioarelor din aluminiu. Acest lucru reduce riscul de supraîncălzire locală și îmbunătățește stabilitatea în funcționare a modulului IGBT.

Placa de bază din cupru oferă mai multe avantaje:

• o mai bună răspândire a căldurii sub modulul IGBT

• diferență de temperatură mai mică pe baza radiatorului

• puncte fierbinți locale reduse

• performanță termică de contact îmbunătățită

• o protecție mai bună pentru dispozitivele semiconductoare de mare putere

Pentru aplicațiile de mare putere, placa de bază din cupru nu este doar un strat de conducție termică. Este, de asemenea, elementul cheie care îmbunătățește uniformitatea temperaturii și fiabilitatea modulului.

Design cu aripioare din aluminiu pentru disiparea căldurii pe suprafețe mari

Secțiunea aripioarelor din aluminiu este proiectată să elibereze căldură în mediul înconjurător. În această soluție, lungimea aripioarelor ajunge la 850 mm, înălțimea este de 100 mm, iar grosimea aripioarelor este de 1,5 mm. Această structură mare a aripioarelor oferă o suprafață largă de disipare a căldurii, fiind potrivită pentru sarcini termice de mare putere.

Aluminiul este selectat deoarece oferă un echilibru bun între performanța termică, greutate, cost și fabricabilitate. Comparativ cu un radiator complet din cupru, o structură compozită cupru-aluminiu poate reduce greutatea totală, menținând în același timp o performanță puternică de distribuire a căldurii în zona sursei de căldură.

Pentru acest tip de radiator cu aripioare șanțuite, geometria aripioarelor este importantă deoarece afectează direct rezistența termică pe partea de aer. Înălțimea aripioarelor, distanța dintre aripioare, grosimea aripioarelor și direcția fluxului de aer ar trebui optimizate în funcție de condițiile reale de funcționare.

avantajele structurii aripioarelor din aluminiu

Acest lucru face ca soluția să fie potrivită pentru radiatoarele electronice de putere, radiatoarele modulelor IGBT, sistemele de răcire industriale și alte aplicații de gestionare termică de mare putere.

Lipirea interfeței cupru-aluminiu cu pastă de lipit la 230°C

Interfața dintre cupru și aluminiu este una dintre cele mai importante părți ale întregului radiator. Chiar dacă ambele materiale au o conductivitate termică bună, o lipire slabă a interfeței poate crea o rezistență termică de contact ridicată și poate reduce efectul general de răcire.

Pentru a îmbunătăți calitatea interfeței, acest radiator utilizează o pastă de lipit la temperatură înaltă de 230°C, combinată cu un proces de imprimare cu șablon. Pasta de lipit este imprimată uniform pe zona de lipire prin intermediul unui șablon de oțel personalizat. După o aliniere precisă și o încălzire controlată, lipirea se topește și formează o conexiune termică și mecanică puternică între placa de bază de cupru și structura de aluminiu.

etapele cheie ale procesului

Prin acest proces, interfața cupru-aluminiu poate realiza un contact strâns și o rezistență termică mai mică, ceea ce este esențial pentru răcirea IGBT de mare putere.

De ce este importantă imprimarea cu șablon în lipirea cu lipire

Pentru un radiator de cupru-aluminiu de dimensiuni mari, pasta de lipit nu poate fi aplicată aleatoriu. Dacă stratul de lipire este prea subțire, este posibil ca unele zone să nu se lipească corect. Dacă stratul de lipire este prea gros, poate crește rezistența termică sau poate provoca o lipire inegală.

Imprimarea cu șablon ajută la rezolvarea acestei probleme prin controlul grosimii și distribuției pastei de lipit. Acest lucru îmbunătățește consecvența, repetabilitatea și eficiența producției.

Avantajele imprimării cu șablon includ:

• grosimea pastei de lipit mai uniformă

• un control mai bun al zonei de lipire

• risc redus de goluri locale

• calitate îmbunătățită a contactului cupru-aluminiu

• repetabilitate mai bună a procesului pentru producția pe loturi

• performanță termică mai stabilă

Pentru un producător de radiatoare personalizate, stabilitatea procesului este la fel de importantă ca selecția materialelor. Un design bun trebuie să fie fabricabil, repetabil și fiabil în condiții reale de lucru.

radiator cupru-aluminiu vs. radiator cu conducte de căldură

Pentru răcirea IGBT în condiții dificile, radiatorul lipit cu cupru-aluminiu oferă mai multe avantaje față de un radiator tradițional cu conducte de căldură.

Asta nu înseamnă că radiatoarele cu conducte de căldură nu sunt utile. În multe aplicații, conductele de căldură rămân o soluție puternică. Cu toate acestea, atunci când principala preocupare a clientului este înghețul, scurgerile și fiabilitatea pe termen lung în medii dure, un radiator lipit cu cupru-aluminiu poate fi mai potrivit.

avantaje de aplicare în medii dure

Acest radiator compozit din cupru-aluminiu este conceput pentru aplicații în care fiabilitatea este mai importantă decât performanța termică pe termen scurt.

1. fără risc de defectare a conductei de căldură

Deoarece radiatorul nu utilizează conducte de căldură, nu se bazează pe fluid de lucru intern, circulația vaporilor sau structuri tubulare etanșe. Acest lucru elimină riscurile de scurgere a fluidului, fisurare a conductelor și îmbătrânire a conductelor de căldură.

Pentru sistemele IGBT care trebuie să funcționeze continuu, acesta este un avantaj major.

2. nicio problemă de îngheț în condiții de temperatură scăzută

În regiunile reci sau în aplicațiile exterioare, fluidul de lucru al conductei de căldură poate îngheța și deteriora conducta. Radiatorul din cupru-aluminiu folosește conducție în stare solidă, deci nu este afectat de înghețarea fluidului intern.

acest lucru îl face potrivit pentru:

• echipamente de putere de mare altitudine

• dulapuri electrice exterioare

• sisteme de energie eoliană

• sisteme de stocare a energiei

• sisteme feroviare și de tracțiune

• echipamente industriale în regiuni reci

• răcire agresivă pentru electronice de putere în aer liber

3. o mai bună răspândire a căldurii sub modulul IGBT

Placa de bază din cupru de 5 mm ajută la distribuirea mai uniformă a căldurii pe baza radiatorului. Acest lucru reduce concentrația de temperatură la suprafața inferioară a IGBT și contribuie la îmbunătățirea fiabilității modulului.

4. fiabilitate structurală mai puternică

Structura lipită cu cupru-aluminiu este stabilă mecanic. Evită structura fragilă și etanșă a conductelor de căldură și este mai potrivită pentru vibrații, umiditate, cicluri termice și condiții de funcționare în aer liber.

5. potrivit pentru producție personalizată

Procesul de imprimare cu șablon cu pastă de lipit este controlabil și repetabil. Poate fi adaptat la diferite dimensiuni ale radiatorului, zone de lipire, structuri ale aripioarelor și cerințe termice ale clientului.

Când ar trebui să alegi un radiator lipit cu cupru-aluminiu?

Un radiator lipit din cupru-aluminiu este potrivit atunci când clientul are nevoie de o soluție de răcire fiabilă pentru electronice de mare putere, dar dorește să evite riscurile legate de conductele de căldură.

scenarii de aplicare recomandate

Pentru unele aplicații cu flux termic extrem de ridicat, poate fi necesară o placă rece cu lichid. Kingka poate oferi, de asemenea, soluții personalizate cu plăci reci cu lichid, plăci de răcire cu apă, plăci reci cu lichid FSW și plăci reci prelucrate CNC atunci când răcirea cu aer sau radiatoarele cu conducție solidă nu sunt suficiente.

Radiator cupru-aluminiu sau placă rece cu lichid: cum să alegi?

Atât radiatoarele de cupru-aluminiu, cât și plăcile reci cu lichid sunt utilizate în managementul termic de mare putere, dar rezolvă probleme diferite.

Dacă principala preocupare a clientului este fiabilitatea în medii dificile, radiatorul lipit cu cupru-aluminiu este o opțiune bună. Dacă fluxul de căldură este prea mare pentru răcirea cu aer, o placă rece cu lichid poate fi mai potrivită.

Cum Kingka susține proiectele personalizate de răcire IGBT

Kingka se concentrează pe componentăe personalizate de management termic pentru electronică de putere, stocare de energie, echipamente industriale, sisteme LED, echipamente de telecomunicații, sisteme de automatizare și dispozitive electronice de mare putere.

Produsele și serviciile noastre includ:

• radiator de căldură personalizat din aluminiu

• radiator de cupru

• radiator de cupru-aluminiu

• radiator cu aripioare șanțuite

• radiator de extrudare

• radiator de căldură cu conducte de căldură

• radiator de răcire IGBT

• placă rece cu lichid

• placă de răcire cu apă

• placă rece cu lichid fsw

• placă rece prelucrată CNC

• soluții personalizate de gestionare termică

Pentru proiectele de răcire IGBT, Kingka poate oferi servicii de proiectare structurală, selecție materiale, proiectare aripioare, lipire cupru-aluminiu, optimizare proces de lipire, prelucrare CNC, tratament de suprafață și producție personalizată conform desenelor clientului sau cerințelor aplicației.

Scopul nostru nu este doar să fabricăm un radiator, ci să ajutăm clienții să rezolve probleme termice practice, inclusiv puncte fierbinți, spațiu limitat, funcționare în medii dure, riscuri de fiabilitate și stabilitatea performanței pe termen lung.

Pentru modulele IGBT de mare putere utilizate în medii dure, radiatoarele tradiționale cu conducte de căldură se pot confrunta cu riscuri precum înghețarea fluidului de lucru, scurgeri, defecțiuni ale etanșării și degradarea performanței pe termen lung. Aceste probleme pot deveni preocupări serioase în aplicațiile exterioare, cu umiditate ridicată, altitudini mari și temperaturi scăzute.

Radiatorul lipit cupru-aluminiu de la Kingka oferă o alternativă mai fiabilă. Prin utilizarea unei plăci de bază din cupru de 5 mm pentru distribuirea căldurii, a unei baze din aluminiu de 10 mm și a unor aripioare mari din aluminiu pentru disiparea căldurii și a unei paste de lipit la 230°C cu tehnologie de imprimare cu șablon pentru lipirea cupru-aluminiu, această soluție oferă performanțe termice stabile fără a se baza pe conducte de căldură.

Rezultatul este un radiator de răcire IGBT robust, fabricabil și rezistent la medii, potrivit pentru aplicații electronice de putere solicitante.

Pentru clienții care au nevoie de radiatoare personalizate, radiatoare din cupru și aluminiu, radiatoare cu aripioare șlefuite, plăci reci cu lichid sau soluții complete de gestionare termică, Kingka poate oferi asistență fiabilă pentru proiectare și fabricație, bazată pe sarcina termică reală, spațiul de instalare, mediul de operare și cerințele de fiabilitate pe termen lung.