ГРАФЕН ПРИМЕНЯЕТСЯ ДЛЯ ОТВОДА ТЕПЛА IGBT

Преимуществом графена, используемого в IGBT, является высокая поперечная теплопроводность, а недостатком — плохая продольная теплопроводность.Кроме того, рассеивание тепла IGBT является системной инженерией.Графен, используемый в различных частях (чип, DCB, опорная плата, радиатор и интерфейс этих частей), оказывает различное воздействие и предъявляет разные требования к графену.Например, для базовой пластины или радиатора достаточно объединить графен с медью и алюминием, которые можно использовать в качестве композиционных материалов, а также выращивать графен на поверхности на месте или покрывать графеном.Однако, если графен используется в качестве материала для термоинтерфейса, его необходимо включить в существующую формулу материала для интерфейса или перепроектировать.

1. Графен используется для улучшения вторичного отвода тепла.

В традиционной конструкции упаковки IGBT-устройств тепло локальных горячих точек на кристалле в основном передается на омедненную керамическую подложку сверху вниз, а затем на внешнюю подложку, а затем в окружающую среду через радиатор.Тепло от чипа вверх через упаковочную смолу и оболочку в окружающую среду является вторичным путем теплопроводности.Из-за низкой теплопроводности упаковочной смолы скорость теплопроводности вторичного пути низкая, и большая часть тепла передается от основного пути.Графеновая пленка/покрытие может улучшить вторичный путь, тем самым повышая общую эффективность теплопередачи.Чем выше требования к теплопроводности, тем лучше.Графеновая пленка, положенная на поверхность чипа, плохо нагревается.Это связано с тем, что эффективность поперечного рассеивания тепла графеновой пленки очень высока;его продольная теплопроводность низкая, что не позволяет добиться хорошей эффективности рассеивания тепла.Следовательно, сторона графена должна быть близка к чипу IGBT для бокового рассеивания тепла.Являясь своего рода распределителем тепла, пленка на основе графена может улучшить боковое рассеивание тепла в локальных горячих точках и имеет высокий тепловой поток, что может значительно снизить максимальную температуру поверхности чипа.Кроме того, пленки на основе графена микронной толщины обладают лучшими характеристиками рассеивания тепла, чем пленки нанотолщины.

2. Графен используется в прослойке DBC для снижения термического сопротивления.

Как упоминалось в этой статье, ламинат DBC с медным покрытием играет очень важную роль в рассеивании тепла всего IGBT, что не только способствует диффузии теплового эффекта и теплопередаче в горячих точках, но также способствует стабильности структуры IGBT. .Поэтому очень важно улучшить теплопроводность слоя ДБК или снизить его термическое сопротивление.Сообщалось, что графен добавляется в середину исходного слоя DBC, чтобы сформировать переходный слой.Восстановленный оксид графена был прикреплен к поверхности верхнего медного слоя плакированной медью керамической подложки.В то же время графеновая пленка была выращена на поверхности верхнего медного слоя керамической подложки, плакированной медью, методом химического осаждения из паровой фазы для получения модифицированной графеном платы DBC.Можно обеспечить высокую поперечную теплопроводность платы DBC и снизить максимальную температуру чипа, чтобы продлить срок службы модуля.

3. Графен используется для усиления термоинтерфейсных материалов.

Межфазное сопротивление, образованное шероховатостью поверхности источника тепла и радиатора, ограничивает эффективную передачу тепла.Вставка термоинтерфейсного материала между двумя твердыми контактными поверхностями источника тепла и радиатора является эффективным методом повышения скорости отвода тепла от устройств.Традиционная термопаста, термопрокладка и материал с фазовым переходом состоят из матричного материала и теплопроводящего наполнителя.Материалом матрицы обычно является силиконовая смазка или полимер, а теплопроводным наполнителем обычно является металл (например, серебро, медь или алюминий) или керамика (например, оксид алюминия, оксид цинка или нитрид бора).Как двумерный углеродный материал, графен легко комбинируется с полимером и может использоваться в качестве пути теплопроводности для достижения высокой теплопроводности.В то же время графен имеет сверхвысокую удельную поверхность, что позволяет уменьшить количество добавок и повысить эффективность улучшения.

Как правило, существует несколько методов приготовления графеновых термоинтерфейсных материалов, включая метод смешивания в растворе, метод смешивания в расплаве и метод полимеризации на месте.К принципам упрочнения относятся: 1) после достижения порогового значения графеновых наполнителей графен используется в качестве основной теплопроводящей среды;2) за счет функционализации, ковалентной или нековалентной модификации межфазный зазор между графеном и полимером уменьшается, а механические свойства графена и полимера улучшаются. Теплопроводность.В настоящее время во многих опубликованных литературных источниках показано, что, хотя графен в качестве наполнителя может улучшить теплопроводность исходной системы, но все же не может соответствовать требованиям теплопроводности выше 5 Вт/МК, что делает графен не имеющим большого преимущества по сравнению с традиционными материалами в широкий спектр коммерческого применения.Хотя исследования полимерных композитов, наполненных графеном, позволили добиться поразительного прогресса в области управления температурным режимом, все еще существуют некоторые проблемы, которые необходимо преодолеть, и в будущем необходимы дальнейшие исследования.

4. Графен/металл для соответствия температурному расширению.

Стабильность, срок службы и безопасность мощных IGBT являются основными требованиями при разработке новых композиционных материалов.При длительном использовании IGBT повышение температуры приведет к тепловому расширению материала, и если физические свойства каждого слоя материала не совпадают, это приведет к серьезному расслоению или повреждению.Графен можно использовать для регулирования коэффициента теплового расширения материалов.Чтобы устранить разницу коэффициентов теплового расширения между материалами (коэффициент теплового расширения: 1), Институтом наноинженерии и микросистем Национального университета Цинхуа, Тайвань был разработан композитный материал графен/медь. Лист нанографена, полученный шариком фрезерование было гальванизировано медью для получения композитного порошка графен/медь, чтобы обеспечить его чешуйчатую структуру. Затем его экструдировали с чистой медью, чтобы получить теплопроводный композит графен/медь с низким CTM. Его значение CTM составляет всего 5,3 ppm/K при 0,2. % графена добавляется, и это не влияет на теплопроводность композита (теплопроводность по-прежнему составляет 390 Вт/МК), поэтому срок службы модуля IGBT может быть значительно улучшен.