2026-05-26 16:18:45
ในรถยนต์ไฟฟ้า การผลิตพลังงานหมุนเวียน ระบบขนส่งทางราง และระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม โมดูล IGBT กำลังพัฒนาไปสู่ความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้าที่สูงขึ้น ขนาดที่เล็ลง และอุณหภูมิรอยต่อที่สูงขึ้น อย่างไรก็ตาม เมื่อความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้าของชิปเพิ่มขึ้น พื้นที่ระบายความร้อนที่มีอยู่ก็ลดลงอย่างรวดเร็ว การศึกษาแสดงให้เห็นว่าปัญหาด้านความร้อนเป็นสาเหตุของความล้มเหลวของวงจรรวมมากกว่า 50% สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง ประมาณ 55% ของความล้มเหลวของ IGBT เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิ การระบายความร้อนด้วยอากาศแบบดั้งเดิมมีค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนที่จำกัด (ประมาณ 37 วัตต์/ซม.² ในกรณีที่ดีที่สุด) และมีปริมาตรมาก ทำให้ไม่เพียงพอสำหรับโมดูลกำลังไฟฟ้ารุ่นใหม่ เทคโนโลยีแผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวได้กลายเป็นโซลูชันหลักสำหรับการจัดการความร้อนของชิปกำลังสูง
โมดูล IGBT สร้างความร้อนจำนวนมาก สำหรับอินเวอร์เตอร์ 100 กิโลวัตต์ที่มีประสิทธิภาพ 98% ระบบจัดการความร้อนต้องระบายความร้อนประมาณ 2 กิโลวัตต์ นอกจากนี้ การกระจายความร้อนยังไม่สม่ำเสมอ จุดร้อนเฉพาะที่บนพื้นผิวชิปอาจร้อนกว่าอุณหภูมิเฉลี่ยมาก และจุดร้อนเหล่านี้จะจำกัดประสิทธิภาพการทำงานและอายุการใช้งาน
อุณหภูมิมีความสัมพันธ์อย่างมากกับการทำงานผิดพลาดของ IGBT จากการศึกษาทางสถิติเกี่ยวกับการทำงานผิดพลาดของกังหันลมใน 23 ประเทศระหว่างปี 2003 ถึง 2017 พบว่า การทำงานผิดพลาดของโมดูล IGBT คิดเป็น 22% ของเวลาหยุดทำงานของตัวแปลงกระแสไฟฟ้าโดยไม่คาดคิด ซึ่งเป็นหนึ่งในส่วนประกอบที่มีโอกาสล้มเหลวมากที่สุดในระบบกังหันลม การเร่ง/ลดความเร็วบ่อยครั้งในยานพาหนะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของกำลังไฟฟ้าและอุณหภูมิอย่างรุนแรง ส่งผลให้เกิดความล้าของลวดเชื่อม การหลุดลอกของตะกั่วบัดกรี และความล้มเหลวจากความล้าทางความร้อนอื่นๆ การเกิดภาวะความร้อนสูงเกินไปอาจทำให้พลังงานสูญเสียในรถยนต์ไฟฟ้า ซึ่งเป็นอันตรายร้ายแรงต่อความปลอดภัย
จากมุมมองด้านความต้านทานความร้อน การระบายความร้อนของ IGBT เป็นปัญหาความต้านทานความร้อนแบบอนุกรมหลายชั้น ความต้านทานความร้อนที่ส่วนต่อประสานคิดเป็นมากกว่า 60% ของทั้งหมด ทำให้เป็นคอขวดที่สำคัญ ภายในความต้านทานจากจุดเชื่อมต่อถึงตัวเรือนนั้น พื้นผิวเซรามิก DBC (ทองแดงเชื่อมติดโดยตรง) เป็นส่วนประกอบหลัก (มากกว่า 75%) การระบายความร้อนด้วยอากาศแบบดั้งเดิมมีข้อจำกัดหลักสามประการ ได้แก่ ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนต่ำ ความสามารถในการกำจัดจุดร้อนเฉพาะที่ได้ไม่ดี และปริมาตรของระบบที่ใหญ่ ซึ่งขัดแย้งกับการย่อขนาดของระบบ
แผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลว (เรียกอีกอย่างว่าแผ่นระบายความร้อน แผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลว หรือแผ่นระบายความร้อนด้วยน้ำ) ใช้การพาความร้อนของของเหลวแบบบังคับเพื่อระบายความร้อน หลักการทำงานนั้นง่าย: ความร้อนจากโมดูล IGBT ถ่ายเทผ่านตัวกลางความร้อนไปยังฐานของแผ่นระบายความร้อน จากนั้นจะถูกพาออกไปโดยสารหล่อเย็นที่ไหลผ่านช่องภายใน สารหล่อเย็นที่ร้อนขึ้นจะไหลเวียนไปยังเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เย็นลง แล้วกลับมา
โดยพิจารณาจากกระบวนการผลิตและรูปแบบโครงสร้าง แผ่นระบายความร้อน IGBT หลักๆ สี่ประเภทถูกนำมาใช้ในงานวิศวกรรมในปัจจุบัน
การออกแบบแบบดั้งเดิม ได้แก่ แบบเจาะรู แบบประกอบ แบบเชื่อม และแบบท่อ ซึ่งมีกระบวนการผลิตที่ง่ายกว่า ต้นทุนต่ำกว่า และเหมาะสำหรับโมดูล IGBT ที่มีความหนาแน่นพลังงานต่ำถึงปานกลาง ในบรรดาแบบต่างๆ เหล่านั้น แผ่นระบายความร้อนแบบท่อ (หรือแผ่นระบายความร้อนของเหลวแบบท่อ) จะฝังท่อทองแดงหรือสแตนเลสลงในร่องของแผ่นฐานอะลูมิเนียม ยึดด้วยการบัดกรีหรืออีพ็อกซี ซึ่งให้ประสิทธิภาพการระบายความร้อนและอายุการใช้งานที่ดีกว่าแผ่นเจาะรูแบบพื้นฐาน
แผ่นระบายความร้อนแบบท่อ (เรียกอีกอย่างว่าแผ่นระบายความร้อนด้วยน้ำหรือแผ่นระบายความร้อนแบบท่อ) ใช้ท่อทองแดงหรือสแตนเลสเป็นช่องทางในการส่งสารหล่อเย็น ฝังอยู่ในแผ่นฐานอะลูมิเนียมและยึดด้วยกาวความร้อนหรือการบัดกรี ข้อดีของแผ่นระบายความร้อนแบบนี้ ได้แก่ การผลิตที่ง่าย ต้นทุนต่ำ และรูปแบบท่อที่ยืดหยุ่น (เช่น รูปงูหรือรูปตัวยู) ที่สามารถปรับให้เข้ากับการกระจายความร้อนของ IGBT ได้ เหมาะสำหรับไดรฟ์อุตสาหกรรมและอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ที่มีความหนาแน่นพลังงานปานกลางและคำนึงถึงต้นทุน เส้นผ่านศูนย์กลางท่อทั่วไปอยู่ที่ 6–12 มม. และแรงดันใช้งานปกติจะต่ำกว่า 0.5 MPa
แผ่นระบายความร้อนแบบ FSW (การเชื่อมแบบกวนด้วยแรงเสียดทาน) ใช้หมุดกวนที่หมุนได้เพื่อสร้างความร้อนจากแรงเสียดทาน ทำให้วัสดุอ่อนตัวลงและสร้างรอยเชื่อมแบบแข็งระหว่างฝาครอบและแผ่นฐานที่มีร่อง กระบวนการนี้ไม่ก่อให้เกิดรูพรุน รอยแตก หรือโลหะเติม ทำให้ได้รอยเชื่อมที่มีความแข็งแรงสูง การปิดผนึกที่ดีเยี่ยม และไม่มีการเสียรูปของช่องทางการไหล แผ่นระบายความร้อนแบบ FSW เหมาะอย่างยิ่งสำหรับอินเวอร์เตอร์ขับเคลื่อนรถยนต์ไฟฟ้าและตัวแปลงระบบขนส่งทางราง ซึ่งความน่าเชื่อถือในระยะยาวมีความสำคัญอย่างยิ่ง ความกว้างของช่องโดยทั่วไปอยู่ที่ 4–10 มม. และความต้านทานแรงดันสามารถสูงถึง 1.5–2.0 MPa
แผ่นระบายความร้อนของเหลวแบบอัดขึ้นรูป (หรือแผ่นระบายความร้อนอะลูมิเนียม) ผลิตโดยการอัดขึ้นรูปอะลูมิเนียมโดยใช้แม่พิมพ์เฉพาะเพื่อสร้างช่องทางการไหลแบบขนานหลายช่องในขั้นตอนเดียว จากนั้นจึงตัด ปิดผนึกปลาย และกลึง ข้อดีที่สำคัญคือประสิทธิภาพการผลิตสูงและต้นทุนต่อหน่วยต่ำ โดยมีขนาดช่องทางที่สม่ำเสมอ เหมาะสำหรับการผลิตมาตรฐานปริมาณมาก อย่างไรก็ตาม ช่องทางมักจะเป็นแบบตรง ทำให้การปรับแต่งครีบระบายความร้อนมีข้อจำกัด แผ่นระบายความร้อนเหล่านี้ใช้ในอินเวอร์เตอร์อเนกประสงค์และโมดูลชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าที่มีความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้าปานกลาง เส้นผ่านศูนย์กลางไฮดรอลิกทั่วไปอยู่ที่ 2–5 มม.
แผ่นระบายความร้อนแบบบัดกรี (หรือแผ่นระบายความร้อนแบบบัดกรี) ทำขึ้นโดยการบัดกรีแบบสุญญากาศหรือในบรรยากาศควบคุม ระหว่างแผ่นฐานที่มีช่องทางการไหลที่ขึ้นรูปด้วยการปั๊ม กับแผ่นปิดด้านบน วิธีนี้ช่วยให้สามารถสร้างโครงสร้างครีบภายในที่ซับซ้อนได้ เช่น ครีบแบบเข็ม ครีบเฉียง และตัวสร้างกระแสน้ำวน การบัดกรีให้ความอิสระในการออกแบบสูงมาก ทำให้สามารถถ่ายเทความร้อนได้ดีขึ้นในขนาดที่กะทัดรัด พร้อมการปิดผนึกที่ดีและแรงเค้นตกค้างต่ำ แผ่นระบายความร้อนแบบบัดกรีเป็นตัวเลือกแรกสำหรับโมดูล IGBT และ SIC ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูง ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในไดรฟ์หลักของรถยนต์ไฟฟ้าระดับพรีเมียม ตัวแปลงพลังงานลม และแหล่งจ่ายไฟอุตสาหกรรมระดับไฮเอนด์ ขนาดของช่องทางการไหลสามารถเล็กได้ถึง 1-3 มม. ด้วยครีบแบบเข็ม ความต้านทานความร้อนจะต่ำกว่าแบบอัดขึ้นรูปหรือแบบท่ออย่างมาก การบัดกรีแบบสุญญากาศเป็นกระบวนการที่เชื่อถือได้มากที่สุด
เพื่อช่วยในการคัดเลือกทางวิศวกรรม ตารางที่ 1 เปรียบเทียบพารามิเตอร์ทางความร้อนและโครงสร้างที่สำคัญของแผ่นระบายความร้อน igbt ทั้งสี่แบบ (รวมถึงแบบท่อแบบดั้งเดิมเป็นเกณฑ์พื้นฐาน)
ตารางที่ 1: การเปรียบเทียบความต้านทานความร้อนและโครงสร้างของแผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบต่างๆ
| architecture type | relative thermal resistance (baseline = tubed) | relative pressure drop (baseline = tubed) | internal channel / fin features | manufacturing process | suitable power density level | typical applications |
|---|---|---|---|---|---|---|
| แบบท่อ (ท่อ) (แบบดั้งเดิม) | 1.00 | 1.00 | ท่อทองแดง/สแตนเลสฝังอยู่ในอลูมิเนียม รูปทรงกลม/วงรี ไม่มีครีบภายใน | การฝังท่อ + กาว/การเชื่อมด้วยความร้อน | ต่ำถึงปานกลางค่อนข้างต่ำ | อินเวอร์เตอร์ทั่วไป, อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์, พลังงานอุตสาหกรรมราคาประหยัด |
| อัดขึ้นรูป | 0.75–0.85 | 1.10–1.30 | ช่องสี่เหลี่ยมผืนผ้าตรงขนานกันหลายช่อง ผนังช่องทำหน้าที่เป็นครีบตรง ความสูงของครีบมีจำกัด | การอัดขึ้นรูปอลูมิเนียม + การปิดผนึกปลาย + การกลึง | ระดับกลาง-ต่ำ ถึง ระดับกลาง | โมดูลชาร์จไฟ, อินเวอร์เตอร์กำลังปานกลาง, พัดลมระบายความร้อนมาตรฐาน |
| เอฟเอสดับบลิว | 0.55–0.70 | 1.20–1.50 | สามารถสร้างช่องทางที่ซับซ้อนได้ (เช่น ช่องทางคดเคี้ยว ช่องทางขนานหลายทาง) ความกว้าง 4–10 มม. และสามารถเพิ่มตัวเร่งการไหลได้ | ร่องช่องกลึง + การเชื่อมปิดด้วย FSW | ระดับปานกลางถึงปานกลางค่อนข้างสูง | อินเวอร์เตอร์สำหรับไดรฟ์หลักของรถยนต์ไฟฟ้า, ตัวแปลงสัญญาณสำหรับระบบขนส่งทางราง |
| บัดกรี | 0.35–0.50 | 1.50–2.50 | ครีบระบายความร้อนที่ซับซ้อน (แบบเข็ม แบบเฉียง แบบไมโครแชนเนล) ขนาดของส่วนประกอบ 1–3 มม. พื้นที่แลกเปลี่ยนความร้อนขนาดใหญ่ | แผ่นครีบปั๊ม/สลักลาย + การเชื่อมประสานแบบสุญญากาศ/บรรยากาศ | สูงถึงสูงมาก | ชุดขับไฟฟ้าคุณภาพสูง, ตัวแปลงพลังงานลม, ชุดขับเซอร์โวระดับไฮเอนด์ |
4. การเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน: การออกแบบช่องทางการไหลและครีบขนาดเล็กประสิทธิภาพการระบายความร้อนของระบบระบายความร้อนด้วยแผ่นเย็นขึ้นอยู่กับช่องทางการไหลภายในและการออกแบบครีบระบายความร้อนเป็นอย่างมาก งานวิจัยในปัจจุบันมุ่งเน้นไปที่ประเด็นต่อไปนี้
โครงสร้างครีบระบายความร้อน: การศึกษาเกี่ยวกับการระบายความร้อนด้วยของเหลวสำหรับโมดูล IGBT สามโมดูลในไดรฟ์มอเตอร์อุตสาหกรรม โดยเปรียบเทียบครีบตรง ครีบแบบสลับ และครีบเฉียง ยืนยันว่าครีบที่ซับซ้อนช่วยเพิ่มการพาความร้อน นอกจากนี้ แผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบไมโครสเกลที่มีครีบเฉียงยังช่วยเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนได้ถึง 3 เท่า ลดอุณหภูมิสูงสุดของชิปได้ 1.4°C ปรับปรุงความสม่ำเสมอของอุณหภูมิได้ 37.8% และลดความต้านทานการไหลได้มากกว่า 15% เมื่อเทียบกับแผ่นระบายความร้อนแบบไมโครแชนเนลรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าภายใต้อัตราการไหลเดียวกัน ทำให้สามารถระบายความร้อนให้กับชิป 800 วัตต์ได้อย่างน่าเชื่อถือ
การปรับแต่งโครงสร้าง: การศึกษาโดยใช้การปรับแต่งโครงสร้างแบบสองเป้าหมาย (การถ่ายเทความร้อนสูงสุด ความต้านทานการไหลต่ำสุด) สำหรับแผ่นระบายความร้อน IGBT แสดงให้เห็นว่า เมื่อเปรียบเทียบกับแผ่นระบายความร้อนแบบช่องตรง แผ่นระบายความร้อนที่ได้รับการปรับแต่งโครงสร้างแล้ว มีแรงดันตกคร่อมลดลง 26.3% ความต้านทานความร้อนลดลง 64.7% และค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนสูงขึ้น 16.3%
ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิ: ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสารสนเทศหนานจิงได้เสนอแผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบใหม่ที่มีช่องทางคดเคี้ยว ครีบเสริม และตัวสร้างกระแสน้ำวนแบบสลับฟันปลา ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าการเพิ่มอัตราการไหลของสารหล่อเย็นช่วยลดอุณหภูมิสูงสุดของอุปกรณ์ลงประมาณ 22 เคลวิน โดยมีประสิทธิภาพทางความร้อนที่เสถียรในช่วงอัตราการไหลที่กำหนด
ความสมดุลระหว่างการระบายความร้อนและกำลังการสูบน้ำ: ในระบบระบายความร้อนด้วยแผ่นเย็น การเพิ่มอัตราการไหลจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน แต่ก็ทำให้การใช้พลังงานของปั๊มเพิ่มขึ้นแบบไม่เป็นเชิงเส้นด้วย ในรถยนต์ไฟฟ้า การลดลงของความดันเพิ่มขึ้น 10 กิโลปาสคาล อาจทำให้ต้องใช้กำลังการสูบน้ำเพิ่มขึ้นหลายสิบวัตต์ ซึ่งต้องนำมาพิจารณาในงบประมาณพลังงานของระบบด้วย
5. วิวัฒนาการด้านสถาปัตยกรรม: จากระบบระบายความร้อนทางอ้อมไปสู่แผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบฝังตัว/แบบรวมเข้ากับระบบระบายความร้อนด้วยของเหลว (DBC)ในสถาปัตยกรรมระบายความร้อนแบบดั้งเดิม โมดูล IGBT จะมีโครงสร้างหลายชั้นประกอบด้วย “ชิป – DBC – แผ่นฐาน (ทองแดงหรือ Alซิก) – แผ่นระบายความร้อน” โดยแต่ละชั้นจะเพิ่มความต้านทานความร้อน ดังที่กล่าวไว้ ความต้านทานความร้อนของอินเทอร์เฟซมีมากกว่า 60% ของความต้านทานความร้อนทั้งหมด
เพื่อเอาชนะข้อจำกัดนี้ สถาปัตยกรรมแบบใหม่ที่พลิกโฉมวงการอย่างแผ่นระบายความร้อนเหลวแบบฝังตัวหรือแบบรวมเข้ากับ DBC จึงถือกำเนิดขึ้น แนวคิดคือการรวมพื้นผิว DBC เข้ากับแผ่นระบายความร้อนโดยตรง โดยใช้กระบวนการอุณหภูมิสูงในการเชื่อมทองแดงและเซรามิก (Al₂O₃ หรือ AlN) เข้าด้วยกันเป็นโครงสร้างแบบชิ้นเดียว ช่องระบายความร้อนจะอยู่ใต้ชิปโดยตรง โดยมีเพียง DBC คั่นอยู่ ทำให้เส้นทางการนำความร้อนสั้นลงอย่างมาก
ข้อดีหลักสามประการ: (1) ขจัดแผ่นฐานและตัวควบคุมอุณหภูมิภายนอก ลดความต้านทานความร้อนโดยรวมลงอย่างมาก (2) ความละเอียดของช่องสัญญาณลดลงเหลือ 0.3 มม. เมื่อรวมกับทองแดงที่มีการนำความร้อนสูง ทำให้ได้ประสิทธิภาพการรักษาอุณหภูมิที่ดีเยี่ยม (3) รองรับการจัดวางแบบกะทัดรัดที่มีความหนาแน่นของกำลังสูงและการติดตั้งส่วนประกอบแบบสองด้าน พารามิเตอร์วัสดุที่สำคัญสำหรับโครงสร้างแบบบูรณาการนี้แสดงในตารางที่ 2
ตารางที่ 2: พารามิเตอร์วัสดุที่สำคัญสำหรับแผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบบูรณาการ dbc (ที่มา: การระบายความร้อนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์, 2025)
| material layer | common materials | thermal conductivity (w/m·k) | cte (ppm/°c) |
|---|---|---|---|
| ชิปเซมิคอนดักเตอร์ | ซิก | 375 | 4.0 |
| การเชื่อมต่อ | บัดกรี Ausn / ฟิล์มซินเทอร์ AG | 50 / 200 | 15.9 / 18.9 |
| ฉนวนเซรามิก | al₂o₃ / aln | 35 / 170–200 | 6.5 / 4.2–5.7 |
| ตัวจานเย็น | ทองแดง (พร้อม) | 360 | 16.7 |
แนวโน้มการบูรณาการนี้สอดคล้องกับการเติบโตของตลาดโมดูล IGBT แบบระบายความร้อนโดยตรง
การเลือกวัสดุสำหรับแผ่นระบายความร้อนต้องพิจารณาความสมดุลระหว่างการนำความร้อน ความสามารถในการขึ้นรูป และต้นทุน วัสดุที่นิยมใช้มากที่สุดคือโลหะผสมอะลูมิเนียม 6063 ซึ่งมีค่าการนำความร้อนประมาณ 180–230 วัตต์/(เมตร·เคลวิน) ทองแดงมีค่าการนำความร้อนประมาณ 401 วัตต์/(เมตร·เคลวิน) แต่มีความหนาแน่นมากกว่าอะลูมิเนียมถึงสามเท่า และต้นทุนสูงกว่ามาก จึงใช้เฉพาะในงานระดับสูงที่มีข้อกำหนดด้านการระบายความร้อนที่เข้มงวดเท่านั้น
สารหล่อเย็นเป็นตัวนำความร้อนที่สำคัญ งานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Applied Thermal Engineering ได้เปรียบเทียบน้ำปราศจากไอออน น้ำบริสุทธิ์ สารละลายเอทิลีนไกลคอล 20% ในน้ำ และ HFE7100 ที่ค่า Re = 1400 เกณฑ์การประเมินประสิทธิภาพโดยรวม (PEC) ของน้ำปราศจากไอออนสูงกว่าน้ำบริสุทธิ์ สารละลายเอทิลีนไกลคอล 20% และ HFE7100 ร้อยละ 9.3, 24.5 และ 163.9 ตามลำดับ ค่า Re = 1400 (ความเร็วการไหลประมาณ 0.5–0.6 ม./วินาที) ถูกระบุว่าเป็นช่วงการทำงานที่เหมาะสมที่สุดสำหรับแรงดันตกต่ำ ในระบบใช้งานจริง สารละลายเอทิลีนไกลคอล 50% ในน้ำถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย เนื่องจากให้การป้องกันการแข็งตัวและมีค่าการนำความร้อนที่ดี
7. กระบวนการผลิตและการทดสอบความน่าเชื่อถือการเชื่อม/การปิดผนึกแผ่นระบายความร้อนแบบเหลวส่งผลโดยตรงต่อความน่าเชื่อถือในระยะยาว สำหรับประเภทหลักสี่ประเภท ได้แก่: แบบใช้ท่อ (tubed) ใช้การฝังท่อ + การบัดกรีหรือการกด; แบบเชื่อมเสียดทาน (friction stir welding) ใช้การเชื่อมแบบกวนเสียดทาน; แบบอัดขึ้นรูป (อัดขึ้นรูป) ใช้การอัดขึ้นรูป + การปิดผนึกปลาย; และแบบบัดกรี (บัดกรี) ใช้การบัดกรีในสุญญากาศหรือในบรรยากาศ การบัดกรีในสุญญากาศและแบบเชื่อมเสียดทานเป็นกระบวนการหลักสำหรับแผ่นระบายความร้อนที่มีความน่าเชื่อถือสูง
ข้อบกพร่องในการเชื่อมที่พบได้ทั่วไป ได้แก่ รูพรุน การกระจายตัวมากเกินไป รอยแตกร้าวขนาดเล็กภายใน การยึดติดที่ไม่ดี และการอุดตันของช่องทางการไหล สำหรับแผ่นเชื่อมเย็นแบบ FSW และแบบบัดกรี ต้องตรวจสอบการปิดผนึกรอยเชื่อมและความสะอาดภายในอย่างละเอียดถี่ถ้วน
ความเรียบเป็นอีกปัจจัยสำคัญ ตามทฤษฎีการสัมผัสของเฮิรตซ์ แม้แต่พื้นผิวที่เรียบในระดับมหภาคก็ยังมีส่วนที่นูนและส่วนที่เว้าในระดับจุลภาค พื้นที่สัมผัสจริงจึงเล็กกว่าพื้นที่ที่ระบุไว้มาก ความเบี่ยงเบนของความเรียบในระดับไมครอนอาจทำให้ความต้านทานความร้อนที่ส่วนต่อประสานเพิ่มขึ้นอย่างมาก เกณฑ์การยอมรับทั่วไปสำหรับระบบระบายความร้อนด้วยแผ่นเย็น ได้แก่:
ความแน่นหนาของการรั่วไหล: การทดสอบการรั่วไหลด้วยฮีเลียม การรั่วไหล ≤ 1×10⁻⁶ pa·m³/s หรือ ≤ 0.05 ml/min ที่ 0.5–2.0 mpa
ความทนทานต่อแรงดัน: การทดสอบการระเบิดทางไฮดรอลิก ≥ 3 เท่าของแรงดันใช้งาน (โดยปกติ ≥ 3.0 mpa)
ความเรียบ: ≤ 0.05 มม. ต่อ 100 มม. (โดยรวม ≤ 0.1 มม.)
ความสะอาด: อนุภาค ≤ 10 มก./ตร.ม.
รถยนต์ไฟฟ้า: แผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวจะจัดการความร้อนจากอินเวอร์เตอร์ขับเคลื่อน ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อกำลังไฟฟ้าที่มอเตอร์ส่งออก โมดูล SIC มีความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้ามากกว่า IGBT แบบดั้งเดิม 2-3 เท่า แผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบท่อ แบบเชื่อม หรือแบบบัดกรีที่มีประสิทธิภาพจะช่วยขจัดจุดร้อนเฉพาะที่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ช่วยเพิ่มระยะทางและความน่าเชื่อถือของรถยนต์ไฟฟ้า
อินเวอร์เตอร์พลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์: โมดูล IGBT ทำงานภายใต้ภาระสูงในระยะยาว ระบบระบายความร้อนจึงต้องมีอายุการใช้งานยาวนานและต้องการการบำรุงรักษาต่ำ แผ่นระบายความร้อนช่วยลดอุณหภูมิที่จุดเชื่อมต่อให้คงที่และลดความผันผวนของอุณหภูมิ ซึ่งช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือภายใต้สภาวะที่รุนแรงได้อย่างมาก
ระบบขนส่งทางราง: การใช้ระบบไฟฟ้าทำให้ความต้องการในการระบายความร้อนเพิ่มขึ้น การระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบแอคทีฟ (ขับเคลื่อนด้วยปั๊ม) ช่วยให้ควบคุมอุณหภูมิได้แม่นยำกว่าการระบายความร้อนด้วยการพาความร้อนตามธรรมชาติหรือการระบายความร้อนด้วยอากาศแบบบังคับ ซึ่งช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
(แผ่นระบายความร้อนที่คล้ายกันสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยังใช้ในแผ่นระบายความร้อนซีพียูสำหรับโปรเซสเซอร์ประสิทธิภาพสูง แผ่นระบายความร้อนของเหลวสำหรับแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า และการออกแบบแผ่นระบายความร้อนแบบฉนวนสำหรับการแยกแรงดันไฟฟ้าสูง)
จากข้อมูลของ QYresearch ตลาดแผ่นรองรับฮีทซิงค์ IGBT ทั่วโลกมีมูลค่าถึง... มูลค่าตลาดอยู่ที่ 720 ล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2024 และคาดว่าจะสูงถึง 1.165 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2031 โดยมีอัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปี (CAGR) อยู่ที่ 7.7% ภายในช่วงการเติบโตนี้ แผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลว โดยเฉพาะชนิดเชื่อมประสานและชนิดเชื่อมด้วยความร้อน (FSW) เป็นตัวขับเคลื่อนหลัก อัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปี (CAGR) 17.9% สำหรับโมดูล IGBT ที่ระบายความร้อนด้วยของเหลวโดยตรงนั้นสูงกว่าอัตราโดยรวม 7.7% สำหรับแผ่นรองรับ IGBT อย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งบ่งชี้ถึงการแพร่กระจายอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีการระบายความร้อนด้วยของเหลว
แผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบพ่นเจ็ทหลายหัวฉีด (MJILCP) สำหรับกำลังส่ง 1000 วัตต์ ซึ่งเป็นแนวคิดขั้นสูงที่นำเสนอในการประชุม IEEE แสดงให้เห็นว่ามีความต้านทานความร้อนต่ำกว่า 14.3% และกำลังปั๊มต่ำกว่า 19.3% เมื่อเทียบกับแผ่นระบายความร้อนแบบร่องกัดทั่วไป เพื่อให้ได้ความต้านทานความร้อน 0.0236°C/วัตต์ MJILCP ต้องการกำลังปั๊มน้อยลง 48%
วิวัฒนาการในอนาคตมุ่งเน้นไปในสามทิศทางหลัก:
การผสานรวมอย่างลึกซึ้ง: ตั้งแต่การระบายความร้อนทางอ้อมไปจนถึงการผสานรวม DBC แบบฝังตัว ช่วยลดความต้านทานความร้อนลงได้อีก
การออกแบบอัจฉริยะ: การออกแบบโดยใช้ AI ช่วย การเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้าง และการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุสำหรับช่องทางการไหลแบบกำหนดเอง (แผ่นระบายความร้อนของเหลวแบบกำหนดเอง แผ่นระบายความร้อนแบบกำหนดเอง)
การปรับให้เข้ากับสถานการณ์หลากหลาย: โซลูชันที่ปรับแต่งได้สำหรับแพลตฟอร์มแรงดันสูง 800 โวลต์ ระดับความสูง และอื่นๆ ซึ่งอาจรวมถึงแผ่นระบายความร้อนด้วยไนโตรเจนเหลวสำหรับความต้องการการระบายความร้อนขั้นสูง
เมื่อการผลิตในประเทศก้าวหน้าขึ้นและการปฏิวัติพลังงานใหม่ทวีความรุนแรงขึ้น แผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวจะพัฒนาจากส่วนประกอบเสริมไปสู่ส่วนประกอบหลักที่ช่วยเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานและความน่าเชื่อถือใน IGBT และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังไฟฟ้าในวงกว้าง
คิงก้า เทค อินดัสเตรียล จำกัด
เราเชี่ยวชาญด้านงานกลึง CNC ที่มีความแม่นยำ และผลิตภัณฑ์ของเราใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมโทรคมนาคม อวกาศ ยานยนต์ การควบคุมอุตสาหกรรม อิเล็กทรอนิกส์กำลัง เครื่องมือแพทย์ อิเล็กทรอนิกส์ด้านความปลอดภัย ไฟ LED และการใช้งานมัลติมีเดีย
ที่อยู่:
หมู่บ้านใหม่ Da Long เมือง Xie Gang เมือง Dongguan จังหวัดกวางตุ้งประเทศจีน 523598
อีเมล:
โทรศัพท์:
+86 1371244 4018
