2026-05-26 15:29:14
Les modules IGBT de puissance sont largement utilisés dans l'électronique de puissance, les systèmes d'énergies renouvelables, les entraînements industriels, les systèmes de traction, les équipements de stockage d'énergie et les dispositifs de conversion de puissance haute tension. En fonctionnement, ces modules génèrent une importante quantité de chaleur. Si cette chaleur n'est pas dissipée efficacement, la température de jonction peut augmenter rapidement, entraînant une baisse de rendement, des contraintes thermiques, une réduction de la puissance, voire une défaillance du module.
Pour de nombreuses applications haute puissance, les dissipateurs thermiques à caloducs sont souvent privilégiés car ils permettent un transfert de chaleur efficace sur une certaine distance. Cependant, dans des environnements difficiles tels que l'extérieur, une forte humidité, la haute altitude et les basses températures, les solutions de refroidissement à caloducs peuvent présenter des risques de fiabilité. Le fluide caloporteur peut geler par grand froid, et la structure étanche du caloduc peut subir des fuites ou une dégradation des performances à long terme.
Pour résoudre ces problèmes, Kingka a développé un dissipateur thermique soudé cuivre-aluminium, composé d'une plaque de base en cuivre, d'ailettes en aluminium usinées et d'une technologie de brasage à haute température. Cette structure évite l'utilisation de caloducs et repose sur la conduction thermique à l'état solide grâce au cuivre et à l'aluminium, offrant ainsi une solution de refroidissement des IGBT plus stable et fiable, même dans des conditions de fonctionnement difficiles.
Les modules IGBT sont des composants de puissance essentiels dans de nombreux systèmes électriques. Ils commutent des tensions et des courants élevés, ce qui génère une chaleur importante en fonctionnement. Si cette chaleur ne peut être dissipée suffisamment rapidement, la température du module augmente, ce qui affecte ses performances et sa durée de vie.
Dans les applications concrètes, la gestion thermique des IGBT ne se limite pas à la réduction de la température. Les clients s'intéressent généralement à des aspects plus profonds :
comment réduire les points chauds locaux sous le module IGBT
Comment améliorer la répartition de la chaleur sur la base du dissipateur thermique ?
comment maintenir des performances de refroidissement stables en milieu extérieur
comment éviter les risques de fuite, de gel et d'entretien
Comment trouver le juste équilibre entre capacité de refroidissement, fiabilité structurelle, poids et coût ?
Comment construire un dissipateur thermique sur mesure adapté à l'espace d'installation réel ?
C’est pourquoi un dissipateur thermique standard en aluminium est souvent insuffisant pour les applications IGBT haute puissance. Une structure de dissipateur thermique sur mesure plus fiable est nécessaire.
Les dissipateurs thermiques à caloducs peuvent être efficaces dans de nombreux environnements contrôlés. Cependant, pour les applications extérieures et en conditions extrêmes, ils peuvent engendrer des risques techniques qu'il convient de ne pas négliger.
Un caloduc contient un fluide caloporteur à l'intérieur d'un tube scellé. Dans les environnements à basse température, ce fluide interne peut geler. Une fois gelé, le volume du fluide peut augmenter et endommager la structure interne du caloduc. Dans les cas les plus graves, le tube peut se fissurer, entraînant une défaillance totale du transfert de chaleur.
Pour les systèmes IGBT haute puissance utilisés dans les régions froides, les centrales électriques extérieures, les équipements de haute altitude ou dans des conditions de fonctionnement hivernales, il s'agit d'un problème majeur de fiabilité.
Un caloduc repose sur une structure étanche. Si la zone d'étanchéité vieillit, se fissure ou se détériore sous l'effet de vibrations, d'humidité, de cycles thermiques ou de contraintes mécaniques prolongées, le fluide caloporteur interne peut fuir. Une fois la fuite survenue, le caloduc perd sa capacité de transfert thermique.
Pour le refroidissement des systèmes électroniques de puissance, ce type de panne peut ne pas être facile à détecter à un stade précoce, mais il peut affecter directement la sécurité et la fiabilité de l'ensemble du système.
Les performances de transfert thermique d'un caloduc dépendent de la circulation interne du fluide caloporteur, de la structure de la mèche et du changement de phase vapeur-liquide. Dans des conditions de fonctionnement difficiles, les cycles thermiques prolongés et les contraintes mécaniques peuvent réduire la stabilité des performances.
C’est pourquoi, pour certains projets de refroidissement d’IGBT en conditions difficiles, un dissipateur thermique à conduction solide sans fluide de travail interne peut constituer un choix plus fiable.
Le dissipateur thermique soudé cuivre-aluminium est conçu pour résoudre les problèmes de fiabilité des systèmes de refroidissement à caloducs. Au lieu d'utiliser une circulation de fluide interne, il emploie une plaque de base en cuivre pour la diffusion de la chaleur et des ailettes en aluminium pour sa dissipation.
La plaque de base en cuivre absorbe et répartit rapidement la chaleur du module IGBT, tandis que la structure à ailettes en aluminium augmente la surface de dissipation de la chaleur et transfère celle-ci à l'air ambiant.
Ce modèle combine les avantages du cuivre et de l'aluminium :
Le cuivre offre une excellente conductivité thermique et une bonne diffusion de la chaleur.
L'aluminium offre une structure légère et une dissipation thermique sur une grande surface.
Le brasage améliore le contact à l'interface entre le cuivre et l'aluminium.
L'absence de caloduc signifie pas de gel, pas de fuites et une plus grande fiabilité environnementale
Cette structure est particulièrement adaptée au refroidissement des IGBT haute puissance, au refroidissement des composants électroniques de puissance en extérieur et aux solutions de gestion thermique personnalisées utilisées dans des environnements difficiles.
La structure du dissipateur thermique est conçue selon le principe de « diffusion de la chaleur + dissipation efficace de la chaleur ». La plaque de base en cuivre gère la chaleur concentrée du module IGBT, tandis que les ailettes en aluminium augmentent la surface de refroidissement effective.
| composant | spécification | fonction | avantage de conception |
|---|---|---|---|
| plaque de base en cuivre | 5 mm d'épaisseur | répartit la chaleur depuis la surface inférieure de l'IGBT | réduit les points chauds locaux et améliore l'uniformité de la température |
| plaque de base en aluminium | 10 mm d'épaisseur | assure le soutien structurel et la connexion thermique avec les ailettes | améliore la résistance mécanique et la stabilité du transfert de chaleur |
| épaisseur totale de la base | 15 mm, dont 10 mm d'aluminium et 5 mm de cuivre | forme une base composite cuivre-aluminium | équilibre la conductivité thermique, la résistance et le poids |
| longueur des ailerons en aluminium | 850 mm | augmente la surface de dissipation de chaleur | Convient au refroidissement des IGBT haute puissance de grande taille |
| hauteur des ailerons en aluminium | 100 mm | élargit la surface de convection | améliore l'efficacité de la dissipation thermique côté air |
| épaisseur des ailettes en aluminium | 1,5 mm | assure une structure d'aileron stable | équilibre le transfert de chaleur, la résistance et la faisabilité de fabrication |
| pâte à souder | pâte à braser haute température 230 °C | interface de liaison cuivre-aluminium | réduit la résistance thermique d'interface |
| processus de liaison | procédé de soudure par impression au pochoir | contrôle l'épaisseur et l'uniformité de la pâte à braser | améliore la régularité de l'adhérence et la stabilité de la production |
Cette combinaison de paramètres convient aux dissipateurs thermiques en aluminium sur mesure de grande taille, aux dissipateurs thermiques en cuivre et aluminium et aux applications de dissipateurs thermiques de refroidissement IGBT qui nécessitent des performances thermiques stables et une forte adaptabilité environnementale.
La surface inférieure d'un module IGBT génère souvent une chaleur concentrée. Si cette chaleur est transférée directement à un dissipateur thermique en aluminium, des différences de température locales peuvent apparaître car l'aluminium a une conductivité thermique inférieure à celle du cuivre.
Une plaque de base en cuivre de 5 mm contribue à résoudre ce problème en répartissant la chaleur plus uniformément avant qu'elle ne pénètre dans la structure à ailettes en aluminium. Ceci réduit le risque de surchauffe locale et améliore la stabilité de fonctionnement du module IGBT.
La plaque de base en cuivre offre plusieurs avantages :
meilleure dissipation de la chaleur sous le module IGBT
Différence de température plus faible à la base du dissipateur thermique
zones à risque locales réduites
performances thermiques de contact améliorées
meilleure protection pour les dispositifs semi-conducteurs de haute puissance
Pour les applications haute puissance, la plaque de base en cuivre n'est pas seulement une couche de conduction thermique ; c'est aussi l'élément clé qui améliore l'uniformité de la température et la fiabilité du module.
La section d'ailettes en aluminium est conçue pour dissiper la chaleur dans l'environnement. Dans cette solution, la longueur des ailettes atteint 850 mm, leur hauteur 100 mm et leur épaisseur 1,5 mm. Cette structure à ailettes de grande taille offre une large surface de dissipation thermique, la rendant adaptée aux charges thermiques élevées.
L'aluminium a été choisi pour son bon compromis entre performances thermiques, poids, coût et facilité de fabrication. Comparée à un dissipateur thermique entièrement en cuivre, une structure composite cuivre-aluminium permet de réduire le poids total tout en conservant une excellente dissipation thermique au niveau de la source de chaleur.
Pour ce type de dissipateur thermique à ailettes biseautées, la géométrie des ailettes est importante car elle influe directement sur la résistance thermique côté air. La hauteur, l'espacement et l'épaisseur des ailettes, ainsi que la direction du flux d'air, doivent être optimisés en fonction des conditions de fonctionnement réelles.
| facteur de conception | avantage pour le refroidissement IGBT |
|---|---|
| grande surface d'aileron | améliore la dissipation de chaleur par convection |
| hauteur d'aileron de 100 mm | augmente la surface d'échange thermique |
| épaisseur d'ailette de 1,5 mm | assure un équilibre entre résistance et conduction thermique |
| longueur de l'aileron : 850 mm | adapté au refroidissement des composants électroniques de puissance grand format |
| matériau en aluminium | réduit le poids par rapport à un dissipateur thermique entièrement en cuivre. |
| conception d'ailerons personnalisée | peut être optimisé en fonction du flux d'air et de l'espace d'installation |
Cette solution convient donc aux dissipateurs thermiques pour l'électronique de puissance, aux dissipateurs thermiques pour modules IGBT, aux systèmes de refroidissement industriels et à d'autres applications de gestion thermique haute puissance.
L'interface entre le cuivre et l'aluminium est un élément crucial du dissipateur thermique. Même si les deux matériaux présentent une bonne conductivité thermique, une mauvaise adhérence à l'interface peut engendrer une résistance thermique de contact élevée et réduire l'efficacité globale du refroidissement.
Pour une meilleure qualité d'interface, ce dissipateur thermique utilise une pâte à braser haute température (230 °C) associée à un procédé d'impression au pochoir. La pâte à braser est déposée uniformément sur la zone de liaison grâce à un pochoir en acier sur mesure. Après un alignement précis et un chauffage contrôlé, la brasure fond et forme une liaison thermique et mécanique robuste entre la plaque de base en cuivre et la structure en aluminium.
| étape du processus | description | but |
|---|---|---|
| préparation de surface | nettoyer et préparer les surfaces de collage en cuivre et en aluminium | améliorer le mouillage et la qualité de la soudure |
| motif au pochoir | Personnaliser le pochoir en acier en fonction de la zone de collage | contrôle de la distribution de la pâte à braser |
| impression de pâte à braser | Déposer uniformément de la pâte à braser à 230 °C sur l'interface cuivre-aluminium. | éviter une accumulation insuffisante ou excessive de soudure |
| alignement de précision | aligner avec précision la plaque de base en cuivre et la structure à ailettes en aluminium | assurer un contact complet et une liaison uniforme |
| brasage à haute température | chauffer pour achever la fusion et la solidification de la soudure | former une liaison mécanique et thermique solide |
| inspection post-traitement | vérifier la résistance de la liaison et la qualité de l'interface | prévenir les vides, les liaisons faibles ou le délaminage |
Grâce à ce procédé, l'interface cuivre-aluminium peut établir un contact étroit et une résistance thermique plus faible, ce qui est essentiel pour le refroidissement des IGBT haute puissance.
Pour un dissipateur thermique en cuivre-aluminium de grande taille, la pâte à braser ne doit pas être appliquée de façon aléatoire. Une couche de brasure trop fine risque d'entraîner une mauvaise adhérence par endroits. À l'inverse, une couche trop épaisse peut augmenter la résistance thermique ou provoquer une liaison irrégulière.
L'impression au pochoir permet de résoudre ce problème en contrôlant l'épaisseur et la répartition de la pâte à braser. Cela améliore la constance, la répétabilité et l'efficacité de la production.
Les avantages de l'impression au pochoir sont les suivants :
une épaisseur de pâte à braser plus uniforme
meilleur contrôle de la zone de collage
réduction du risque de vides locaux
qualité de contact cuivre-aluminium améliorée
meilleure répétabilité des processus pour la production par lots
performances thermiques plus stables
Pour un fabricant de dissipateurs thermiques sur mesure, la stabilité du processus est tout aussi importante que le choix des matériaux. Une bonne conception doit être réalisable, reproductible et fiable en conditions réelles d'utilisation.
Pour le refroidissement des IGBT dans des conditions difficiles, le dissipateur thermique soudé en cuivre-aluminium offre plusieurs avantages par rapport à un dissipateur thermique traditionnel à caloduc.
| article de comparaison | dissipateur thermique soudé cuivre-aluminium | dissipateur thermique à caloduc |
|---|---|---|
| méthode de transfert de chaleur | conduction solide à travers le cuivre et l'aluminium | transfert de chaleur par changement de phase à travers le fluide de travail interne |
| risque de gel | Pas de liquide interne, pas de risque de gel | Le fluide de travail peut geler dans les environnements à basse température |
| risque de fuite | Pas de tuyau scellé, pas de fuite de fluide | Une défaillance du joint peut entraîner une fuite du fluide de travail. |
| fiabilité à long terme | haute fiabilité dans des environnements difficiles | Les performances dépendent de l'étanchéité du caloduc et de l'état du fluide interne. |
| risque d'entretien | exigences d'entretien réduites | La défaillance peut être difficile à détecter avant que les performances ne baissent. |
| stabilité structurelle | structure solide robuste | Les caloducs peuvent être affectés par les vibrations, la flexion et les cycles thermiques. |
| environnement approprié | applications extérieures, froides, humides, en haute altitude et difficiles | plus adapté aux environnements contrôlés ou modérés |
| flexibilité de conception | Convient pour la diffusion de chaleur des IGBT de grande surface | Idéal pour le transfert de chaleur sur distance, mais limité par l'état du caloduc. |
Cela ne signifie pas que les dissipateurs thermiques à caloducs sont inutiles. Dans de nombreuses applications, ils restent une solution performante. Cependant, lorsque les principales préoccupations du client sont le gel, les fuites et la fiabilité à long terme dans des environnements difficiles, un dissipateur thermique soudé cuivre-aluminium peut s'avérer plus approprié.
Ce dissipateur thermique composite cuivre-aluminium est conçu pour les applications où la fiabilité prime sur les performances thermiques à court terme.
Comme le dissipateur thermique n'utilise pas de caloducs, il ne dépend ni d'un fluide caloporteur interne, ni d'une circulation de vapeur, ni d'une structure tubulaire étanche. Ceci élimine les risques de fuite de fluide, de fissuration des tubes et de vieillissement des caloducs.
Pour les systèmes IGBT qui doivent fonctionner en continu, il s'agit d'un avantage majeur.
Dans les régions froides ou en extérieur, le fluide caloporteur peut geler et endommager le caloduc. Le dissipateur thermique en cuivre-aluminium utilise la conduction à l'état solide et n'est donc pas affecté par le gel du fluide interne.
Cela le rend adapté à :
équipement électrique de haute altitude
armoires électriques extérieures
systèmes d'énergie éolienne
systèmes de stockage d'énergie
systèmes ferroviaires et de traction
équipements industriels dans les régions froides
refroidissement des composants électroniques de puissance en extérieur difficile
La plaque de base en cuivre de 5 mm contribue à une répartition plus homogène de la chaleur sur la base du dissipateur thermique. Ceci réduit la concentration de température à la surface inférieure de l'IGBT et améliore la fiabilité du module.
La structure soudée cuivre-aluminium est mécaniquement stable. Elle évite la fragilité des caloducs scellés et est mieux adaptée aux vibrations, à l'humidité, aux cycles thermiques et aux conditions d'utilisation en extérieur.
Le procédé d'impression au pochoir de pâte à braser est contrôlable et reproductible. Il peut être adapté à différentes tailles de dissipateurs thermiques, zones de collage, structures d'ailettes et exigences thermiques du client.
Un dissipateur thermique soudé cuivre-aluminium convient lorsque le client a besoin d'une solution de refroidissement fiable pour les composants électroniques haute puissance, mais souhaite éviter les risques liés aux caloducs.
| condition d'application | pourquoi cette solution convient |
|---|---|
| refroidissement IGBT haute puissance | La base en cuivre améliore la dissipation de la chaleur, les ailettes en aluminium améliorent sa dissipation. |
| électronique de puissance extérieure | aucun risque de fuite ou de gel des caloducs |
| environnement à basse température | La structure à conduction solide empêche le gel du fluide caloporteur |
| environnement à forte humidité | absence de structure tubulaire étanche, risque de défaillance réduit |
| exigence de dissipateur thermique de grande taille | La structure à ailettes en aluminium assure une large surface de dissipation thermique. |
| fonctionnement continu à long terme | Une structure stable améliore la durée de vie. |
| Préoccupations des clients concernant la défaillance du caloduc | La conception en cuivre-aluminium élimine les risques liés aux caloducs |
Pour certaines applications à flux thermique extrêmement élevé, une plaque froide à liquide peut s'avérer nécessaire. Kingka propose également des solutions sur mesure : plaques froides à liquide, plaques de refroidissement à eau, plaques froides à liquide FSW et plaques froides usinées CNC, lorsque le refroidissement par air ou les dissipateurs thermiques à conduction solide sont insuffisants.
Les dissipateurs thermiques en cuivre-aluminium et les plaques froides à liquide sont tous deux utilisés dans la gestion thermique haute puissance, mais ils résolvent des problèmes différents.
| solution de refroidissement | situation appropriée | principal avantage | considération clé |
|---|---|---|---|
| dissipateur thermique soudé cuivre-aluminium | Refroidissement par air haute puissance, environnement difficile, système à refroidissement liquide non privilégié | Aucun risque de gel ou de fuite des tuyaux de chauffage | nécessite une ventilation adéquate et un espace d'installation suffisant. |
| dissipateur thermique à caloduc | il est nécessaire de transférer la chaleur d'une zone à une autre dans un environnement contrôlé. | efficacité de transfert de chaleur élevée sur courte/moyenne distance | peut présenter des risques de gel ou de fuite dans des environnements difficiles |
| plaque froide liquide | système à flux thermique très élevé ou système compact de haute puissance | forte capacité de refroidissement avec débit de liquide de refroidissement | nécessite une pompe, un liquide de refroidissement, un joint d'étanchéité et une conception au niveau du système |
| solution thermique hybride | sources de chaleur complexes et espace d'installation spécial | combine plusieurs méthodes de refroidissement | nécessite une conception thermique et une validation personnalisées |
Si la principale préoccupation du client est la fiabilité en environnement difficile, le dissipateur thermique soudé cuivre-aluminium est une option performante. Si le flux thermique est trop élevé pour un refroidissement par air, une plaque froide liquide sera peut-être plus appropriée.
Kingka se spécialise dans les composants de gestion thermique personnalisés pour l'électronique de puissance, le stockage d'énergie, les équipements industriels, les systèmes LED, les équipements de télécommunications, les systèmes d'automatisation et les dispositifs électroniques de haute puissance.
Nos produits et services comprennent :
dissipateur thermique en aluminium sur mesure
dissipateur thermique en cuivre
dissipateur thermique en cuivre-aluminium
dissipateur thermique à ailettes biseautées
dissipateur thermique d'extrusion
dissipateur thermique à caloduc
dissipateur thermique de refroidissement IGBT
plaque froide liquide
plaque de refroidissement à eau
plaque froide à liquide FSW
plaque froide usinée CNC
solutions de gestion thermique personnalisées
Pour les projets de refroidissement IGBT, Kingka peut prendre en charge la conception structurelle, la sélection des matériaux, la conception des ailettes, le collage cuivre-aluminium, l'optimisation du processus de brasage, l'usinage CNC, le traitement de surface et la production personnalisée selon les plans du client ou les exigences de l'application.
Notre objectif n'est pas seulement de fabriquer un dissipateur thermique, mais d'aider nos clients à résoudre des problèmes thermiques concrets, notamment les points chauds, l'espace limité, le fonctionnement en environnement difficile, les risques liés à la fiabilité et la stabilité des performances à long terme.
Pour les modules IGBT haute puissance utilisés dans des environnements difficiles, les dissipateurs thermiques à caloducs traditionnels peuvent présenter des risques tels que le gel du fluide caloporteur, les fuites, les défaillances d'étanchéité et une dégradation des performances à long terme. Ces problèmes peuvent devenir préoccupants dans les applications extérieures, en milieu humide, en haute altitude et à basse température.
Le dissipateur thermique soudé cuivre-aluminium de Kingka offre une alternative plus fiable. Grâce à une plaque de base en cuivre de 5 mm pour la diffusion de la chaleur, une base en aluminium de 10 mm et de larges ailettes en aluminium pour la dissipation thermique, ainsi qu'à une pâte à braser à 230 °C et à une technologie d'impression au pochoir pour la liaison cuivre-aluminium, cette solution offre des performances thermiques stables sans recourir à des caloducs.
Le résultat est un dissipateur thermique de refroidissement IGBT robuste, facile à fabriquer et résistant aux environnements difficiles, adapté aux applications d'électronique de puissance exigeantes.
Pour les clients ayant besoin de dissipateurs thermiques personnalisés, de dissipateurs thermiques en cuivre et aluminium, de dissipateurs thermiques à ailettes biseautées, de plaques froides liquides ou de solutions complètes de gestion thermique, Kingka peut fournir un support fiable en matière de conception et de fabrication, basé sur la charge thermique réelle, l'espace d'installation, l'environnement d'exploitation et les exigences de fiabilité à long terme.
Kingka Tech Industriel Limitée
Nous sommes spécialisés dans les dissipateurs thermiques, les plaques froides liquides et l'usinage CNC de précision. Nos produits sont largement utilisés dans les secteurs des télécommunications, de l'aérospatiale, de l'automobile, du contrôle industriel, de l'électronique de puissance, des instruments médicaux, de l'électronique de sécurité, de l'éclairage LED et du multimédia.
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