Πλάκες ψύξης υγρού για μονάδες IGBT

1. Τι είναι μια ενότητα IGBT;

Στα ηλεκτρικά οχήματα, την παραγωγή ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, τις σιδηροδρομικές μεταφορές και τον βιομηχανικό αυτοματισμό, οι μονάδες IGBT εξελίσσονται προς υψηλότερη πυκνότητα ισχύος, μικρότερο αποτύπωμα και υψηλότερες θερμοκρασίες διασταυρώσεων. Ωστόσο, καθώς αυξάνεται η πυκνότητα ισχύος του τσιπ, ο διαθέσιμος χώρος ψύξης συρρικνώνεται ραγδαία. Μελέτες δείχνουν ότι τα θερμικά προβλήματα προκαλούν περισσότερο από το 50% των βλαβών των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Για τα ηλεκτρονικά ισχύος, περίπου το 55% των βλαβών IGBT σχετίζονται με τη θερμοκρασία. Η παραδοσιακή ψύξη με αέρα έχει περιορισμένο συντελεστή μεταφοράς θερμότητας (περίπου 37 w/cm² στην καλύτερη περίπτωση) και ογκώδη όγκο, καθιστώντας την ανεπαρκή για τις μονάδες ισχύος επόμενης γενιάς. Η τεχνολογία υγρής ψύξης έχει αναδειχθεί ως βασική λύση για τη διαχείριση θερμότητας τσιπ υψηλής ισχύος.

2. θερμικές προκλήσεις των IGBT και περιορισμοί της παραδοσιακής ψύξης

Μια μονάδα IGBT παράγει σημαντική θερμότητα. Για έναν μετατροπέα 100 kw με απόδοση 98%, περίπου 2 kw θερμότητας πρέπει να αφαιρεθούν από το σύστημα θερμικής διαχείρισης. Επιπλέον, η κατανομή θερμότητας δεν είναι ομοιόμορφη. Τα τοπικά θερμά σημεία στην επιφάνεια του τσιπ μπορεί να είναι πολύ θερμότερα από τη μέση θερμοκρασία και αυτά τα θερμά σημεία περιορίζουν τη δυναμική απόδοση και τη διάρκεια ζωής.

Η θερμοκρασία συσχετίζεται έντονα με την αστοχία των ανεμογεννητριών IGBT. Μια στατιστική μελέτη βλαβών ανεμογεννητριών σε 23 χώρες μεταξύ 2003 και 2017 έδειξε ότι η αστοχία των μονάδων IGBT αντιπροσώπευε το 22% του μη προγραμματισμένου χρόνου διακοπής λειτουργίας του μετατροπέα - ένα από τα πιο επιρρεπή σε βλάβες εξαρτήματα στα αιολικά συστήματα. Η συχνή επιτάχυνση/επιβράδυνση στα οχήματα προκαλεί σοβαρές εναλλαγές ισχύος και διακυμάνσεις θερμοκρασίας, οδηγώντας σε κόπωση των καλωδίων σύνδεσης, αποκόλληση συγκολλήσεων και άλλες βλάβες λόγω θερμικής κόπωσης. Η θερμική διαφυγή μπορεί να προκαλέσει απώλεια ισχύος στα ηλεκτρικά οχήματα, γεγονός που αποτελεί σοβαρό κίνδυνο για την ασφάλεια.

Από την άποψη της θερμικής αντίστασης, η απαγωγή θερμότητας IGBT είναι ένα πρόβλημα θερμικής αντίστασης πολλαπλών στρώσεων σε σειρά. Η θερμική αντίσταση της διεπαφής αντιπροσωπεύει περισσότερο από το 60% του συνόλου, καθιστώντας την το βασικό σημείο συμφόρησης. Στην αντίσταση σύνδεσης-με-θήκη, το κεραμικό υπόστρωμα DBC (άμεσα συνδεδεμένο χαλκός) είναι ο κυρίαρχος παράγοντας (πάνω από 75%). Η παραδοσιακή ψύξη με αέρα υποφέρει από τρεις σημαντικούς περιορισμούς: χαμηλό συντελεστή μεταφοράς θερμότητας, κακή ικανότητα εξάλειψης τοπικών θερμών σημείων και μεγάλο όγκο συστήματος, που έρχεται σε αντίθεση με τη σμίκρυνση του συστήματος.

3. πώς υγρές κρύες πλάκες έργο και η ταξινόμησή του

Μια πλάκα ψύξης με υγρό (που ονομάζεται επίσης πλάκα ψύξης, πλάκα ψύξης με υγρό ή πλάκα ψύξης με νερό) χρησιμοποιεί εξαναγκασμένη μεταφορά υγρού για την απομάκρυνση της θερμότητας. Η αρχή λειτουργίας είναι απλή: η θερμότητα από τη μονάδα IGBT μεταφέρεται μέσω μιας θερμικής διεπαφής στη βάση της πλάκας ψύξης και στη συνέχεια απομακρύνεται από το ψυκτικό που ρέει μέσω εσωτερικών καναλιών. Το θερμαινόμενο ψυκτικό κυκλοφορεί σε έναν εναλλάκτη θερμότητας, ψύχεται και επιστρέφει.

Με βάση τις διαδικασίες κατασκευής και τις δομικές μορφές, τέσσερις κύριοι τύποι ψυχρών πλακών IGBT χρησιμοποιούνται σήμερα στη μηχανική.

3.1 παραδοσιακές πλάκες ψύξης με υγρό

Τα παραδοσιακά σχέδια περιλαμβάνουν τρυπημένους, συναρμολογημένους, συγκολλημένους και σωληνωτούς τύπους. Αυτοί έχουν απλούστερη επεξεργασία, χαμηλότερο κόστος και είναι κατάλληλοι για μονάδες IGBT χαμηλής έως μέσης πυκνότητας ισχύος. Μεταξύ αυτών, η σωληνωτή ψυχρή πλάκα (ή η πλάκα ψυχρής υγρής πλάκας σωλήνα) ενσωματώνει σωλήνες από χαλκό ή ανοξείδωτο χάλυβα σε αυλακώσεις μιας βάσης αλουμινίου, στερεωμένες με συγκόλληση ή εποξειδική ρητίνη. Προσφέρει καλύτερη θερμική απόδοση και διάρκεια ζωής από τις βασικές τρυπημένες πλάκες.

3.2 πλάκες ψύξης υγρού σωλήνα

Οι πλάκες ψύξης υγρού με σωλήνες (που ονομάζονται επίσης ψυχρή πλάκα ψύξης με νερό ή σωληνωτή ψυχρή πλάκα) χρησιμοποιούν σωλήνες από χαλκό ή ανοξείδωτο χάλυβα ως κανάλια ψυκτικού, ενσωματωμένους σε μια βάση αλουμινίου και στερεωμένους με θερμική κόλλα ή συγκόλληση. Τα πλεονεκτήματά τους περιλαμβάνουν την απλή κατασκευή, το χαμηλό κόστος και τις εύκαμπτες διατάξεις σωλήνων (π.χ., σερπεντίνη ή σε σχήμα U) που μπορούν να ταιριάξουν με την κατανομή θερμότητας του IGBT. Είναι κατάλληλες για βιομηχανικές μονάδες κίνησης μεσαίας πυκνότητας ισχύος, ευαίσθητες στο κόστος και ηλιακούς μετατροπείς. Η τυπική διάμετρος του σωλήνα είναι 6-12 mm και η πίεση λειτουργίας είναι συνήθως κάτω από 0,5 mpa.

3.3 υγρές κρύες πλάκες fsw

Οι πλάκες ψυχρής τριβής FSW (συγκόλληση με ανάδευση με τριβή) χρησιμοποιούν έναν περιστρεφόμενο πείρο ανάδευσης για να παράγουν θερμότητα τριβής, πλαστικοποιώντας το υλικό και δημιουργώντας μια συγκόλληση στερεάς κατάστασης μεταξύ του καλύμματος και της αυλακωτής πλάκας βάσης. Αυτή η διαδικασία δεν παράγει πορώδες, ρωγμές και μέταλλο πλήρωσης, με αποτέλεσμα υψηλή αντοχή συγκόλλησης, εξαιρετική στεγανοποίηση και καμία παραμόρφωση του καναλιού ροής. Οι πλάκες ψυχρής τριβής FSW είναι ιδανικές για μετατροπείς έλξης ηλεκτρικών οχημάτων και μετατροπείς σιδηροδρομικών μεταφορών όπου η μακροπρόθεσμη αξιοπιστία είναι κρίσιμη. Το τυπικό πλάτος καναλιού είναι 4-10 mm και η αντίσταση στην πίεση μπορεί να φτάσει τα 1,5-2,0 mpa.

3.4 πλάκες ψυχρής διέλασης υγρού

Οι εξωθημένες πλάκες ψύξης υγρού (ή ψυχρή πλάκα αλουμινίου, πλάκα ψύξης αλουμινίου) σχηματίζονται με εξώθηση αλουμινίου χρησιμοποιώντας μια ειδική μήτρα για την παραγωγή πολλαπλών παράλληλων καναλιών ροής σε ένα βήμα, στη συνέχεια κόβονται, σφραγίζονται στο άκρο και υποβάλλονται σε μηχανική κατεργασία. Τα βασικά πλεονεκτήματα είναι η υψηλή παραγωγική απόδοση και το χαμηλό κόστος μονάδας, με σταθερές διαστάσεις καναλιών, ιδανικά για τυποποιημένη παραγωγή μεγάλου όγκου. Ωστόσο, τα κανάλια είναι συνήθως ευθύγραμμα, περιορίζοντας τη βελτιστοποίηση των πτερυγίων. Αυτά χρησιμοποιούνται σε μετατροπείς γενικής χρήσης και μονάδες φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων όπου η πυκνότητα ισχύος είναι μέτρια. Η τυπική υδραυλική διάμετρος είναι 2-5 mm.

3.5 συγκολλημένες πλάκες ψυχρού υγρού

Οι πλάκες ψυχρής ψύξης με συγκόλληση με συγκόλληση με υγρό (ή ψυχρή πλάκα με συγκόλληση με συγκόλληση με κενό ή ελεγχόμενη ατμόσφαιρα) κατασκευάζονται με συγκόλληση κενού ή ελεγχόμενης ατμόσφαιρας μιας πλάκας βάσης με σφραγισμένο κανάλι ροής σε μια πλάκα κάλυψης. Αυτό επιτρέπει σύνθετες εσωτερικές δομές πτερυγίων, όπως πτερύγια με πείρο, λοξά πτερύγια και στροβιλιστές. Η συγκόλληση προσφέρει πολύ υψηλή ελευθερία σχεδιασμού, επιτρέποντας βελτιωμένη μεταφορά θερμότητας σε συμπαγές μέγεθος, με καλή στεγανοποίηση και χαμηλή υπολειμματική τάση. Οι πλάκες ψυχρής ψύξης με συγκόλληση με υγρό είναι η πρώτη επιλογή για μονάδες IGBT και SIC υψηλής πυκνότητας ισχύος, που χρησιμοποιούνται ευρέως σε κύριες κινήσεις ηλεκτρικών οχημάτων υψηλής ποιότητας, μετατροπείς ανέμου και βιομηχανικά τροφοδοτικά υψηλής τεχνολογίας. Τα μεγέθη των χαρακτηριστικών καναλιών μπορούν να είναι από 1 έως 3 mm. Με τα πτερύγια με πείρο, η θερμική αντίσταση είναι σημαντικά χαμηλότερη από τους τύπους διέλασης ή σωλήνων. Η συγκόλληση κενού είναι η πιο αξιόπιστη διαδικασία.

3.6 Σύγκριση θερμικής αντίστασης και δομής μεταξύ διαφορετικών αρχιτεκτονικών ψυχρών πλακών

Για να βοηθηθεί η επιλογή μηχανικών, ο πίνακας 1 συγκρίνει τις βασικές θερμικές και δομικές παραμέτρους των τεσσάρων ψυχρών πλακών igbt (συμπεριλαμβανομένων των παραδοσιακών σωληνώσεων ως γραμμή βάσης).

Πίνακας 1: θερμική αντίσταση και δομική σύγκριση διαφορετικών αρχιτεκτονικών πλακών ψύξης υγρού

4. βελτιστοποίηση απόδοσης: σχεδιασμός καναλιού ροής και μικροπτερυγίων

Η απόδοση ψύξης ενός συστήματος ψύξης ψυχρής πλάκας εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το εσωτερικό κανάλι ροής και τον σχεδιασμό των πτερυγίων. Η τρέχουσα έρευνα επικεντρώνεται στους ακόλουθους τομείς.

Δομή πτερυγίου: Μια μελέτη για την υγρή ψύξη για τρία δομοστοιχεία IGBT σε έναν βιομηχανικό κινητήρα συνέκρινε ευθύγραμμα, κλιμακωτά πτερύγια με πτερύγια και πλάγια πτερύγια, επιβεβαιώνοντας ότι τα σύνθετα πτερύγια ενισχύουν τη μεταφορά. Επιπλέον, μια πλάκα υγρής ψύξης μικροκλίμακας με λοξά πτερύγια και στρωματοποιημένη ροή πέτυχε αύξηση 3 φορές στον συντελεστή μεταφοράς θερμότητας, μείωση 1,4°C στη μέγιστη θερμοκρασία του τσιπ, βελτίωση 37,8% στην ομοιομορφία της θερμοκρασίας και μείωση >15% στην αντίσταση ροής σε σύγκριση με μια ορθογώνια ψυχρή πλάκα μικροκαναλιών υπό τον ίδιο ρυθμό ροής, επιτρέποντας την αξιόπιστη ψύξη ενός τσιπ 800w.

Βελτιστοποίηση τοπολογίας: Μια μελέτη που χρησιμοποίησε βελτιστοποίηση τοπολογίας διπλού στόχου (μέγιστη μεταφορά θερμότητας, ελάχιστη αντίσταση ροής) για μια ψυχρή πλάκα IGBT έδειξε ότι σε σύγκριση με μια ψυχρή πλάκα ευθύγραμμου καναλιού, η ψυχρή πλάκα με βελτιστοποιημένη τοπολογία πέτυχε 26,3% χαμηλότερη πτώση πίεσης, 64,7% χαμηλότερη θερμική αντίσταση και 16,3% υψηλότερο συντελεστή μεταφοράς θερμότητας.

Ομοιομορφία θερμοκρασίας: Μια ερευνητική ομάδα στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Ναντζίνγκ πρότεινε μια καινοτόμο πλάκα ψύξης υγρού με ελικοειδή κανάλια, ενισχυμένα πτερύγια και κλιμακωτούς στροβιλιστές. Τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι η αύξηση του ρυθμού ροής ψυκτικού μείωσε τη μέγιστη θερμοκρασία της συσκευής κατά περίπου 22 K, με σταθερή θερμική απόδοση σε ένα ορισμένο εύρος ροής.

Συμβιβασμός μεταξύ ισχύος ψύξης και άντλησης: σε ένα σύστημα ψύξης με ψυχρή πλάκα, η αύξηση του ρυθμού ροής βελτιώνει τη μεταφορά θερμότητας, αλλά αυξάνει επίσης την κατανάλωση ισχύος της αντλίας μη γραμμικά. Στα ηλεκτρικά οχήματα, μια επιπλέον πτώση πίεσης 10 kpa μπορεί να κοστίσει από αρκετά έως δεκάδες βατ ισχύος αντλίας, η οποία πρέπει να ληφθεί υπόψη στον προϋπολογισμό ισχύος του συστήματος.

5. Εξέλιξη αρχιτεκτονικής: από την έμμεση ψύξη στην ενσωματωμένη/ενσωματωμένη με DBC πλάκα ψύξης υγρού

Στις παραδοσιακές αρχιτεκτονικές ψύξης, η μονάδα IGBT διαθέτει μια πολυστρωματική στοίβα «τσιπ - DBC - πλάκα βάσης (CU ή Alούτω) - ψυχρή πλάκα», με κάθε στρώμα να προσθέτει θερμική αντίσταση. Όπως σημειώθηκε, η θερμική αντίσταση της διεπαφής υπερβαίνει το 60% του συνόλου.

Για να ξεπεραστεί αυτό, έχει αναδυθεί μια πρωτοποριακή αρχιτεκτονική - ενσωματωμένη ή ενσωματωμένη σε DBC πλάκα ψύξης υγρού. Η ιδέα είναι να ενσωματωθεί το υπόστρωμα DBC απευθείας στην πλάκα ψύξης, χρησιμοποιώντας διαδικασίες υψηλής θερμοκρασίας για τη συγκόλληση χαλκού και κεραμικού (Al₂O₃ ή Aln) σε μια μονολιθική δομή. Τα κανάλια ψυκτικού τοποθετούνται ακριβώς κάτω από το τσιπ, χωρισμένα μόνο από το DBC, μειώνοντας δραματικά τη διαδρομή αγωγιμότητας της θερμότητας.

Τρία σημαντικά πλεονεκτήματα: (1) εξαλείφει την πλάκα βάσης και τον εξωτερικό χρόνο, μειώνοντας δραστικά τη συνολική θερμική αντίσταση· (2) η ανάλυση καναλιού έως και 0,3 mm, σε συνδυασμό με χαλκό υψηλής αγωγιμότητας, επιτυγχάνει εξαιρετική ισοθερμική απόδοση· (3) υποστηρίζει συμπαγείς διατάξεις υψηλής πυκνότητας ισχύος και τοποθέτηση εξαρτημάτων διπλής όψης. Οι βασικές παράμετροι υλικού για αυτό το ολοκληρωμένο σχήμα παρουσιάζονται στον πίνακα 2.

Πίνακας 2: Βασικές παράμετροι υλικού για ενσωματωμένη πλάκα ψύξης υγρού DBC (πηγή: ηλεκτρονική ψύξη, 2025)

Αυτή η τάση ολοκλήρωσης ευθυγραμμίζεται με την ανάπτυξη της αγοράς των μονάδων IGBT άμεσης ψύξης.

6. επιλογή υλικού και τεχνολογία ψυκτικού μέσου

Η επιλογή υλικού ψυχρής πλάκας εξισορροπεί τη θερμική αγωγιμότητα, την κατεργασιμότητα και το κόστος. Η πιο συνηθισμένη επιλογή είναι το κράμα αλουμινίου 6063, με θερμική αγωγιμότητα περίπου 180–230 w/(m·k). Ο χαλκός προσφέρει ~401 w/(m·k) αλλά η πυκνότητα είναι τριπλάσια από αυτή του αλουμινίου και το κόστος είναι πολύ υψηλότερο, επομένως χρησιμοποιείται μόνο σε εφαρμογές υψηλής τεχνολογίας με αυστηρές απαιτήσεις ψύξης.

Το ψυκτικό μέσο είναι ένας κρίσιμος φορέας μεταφοράς θερμότητας. Μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Applied Thermal Engineering συνέκρινε απιονισμένο νερό, καθαρό νερό, διάλυμα αιθυλενογλυκόλης-νερού 20% και HFE7100. Στο re = 1400, το κριτήριο συνολικής αξιολόγησης απόδοσης (pec) του απιονισμένου νερού ήταν 9,3%, 24,5% και 163,9% υψηλότερο από το καθαρό νερό, το 20% αιθυλενογλυκόλη και το HFE7100, αντίστοιχα. Το re = 1400 (ταχύτητα ροής ~0,5–0,6 m/s) αναγνωρίστηκε ως το βέλτιστο εύρος λειτουργίας για χαμηλή πτώση πίεσης. Σε πρακτικά συστήματα, χρησιμοποιείται ευρέως μείγμα 50% αιθυλενογλυκόλης-νερού, προσφέροντας προστασία από το πάγωμα και καλή θερμική αγωγιμότητα.

7. διαδικασίες παραγωγής και δοκιμές αξιοπιστίας

Η συγκόλληση/σφράγιση μιας πλάκας ψύξης με υγρό επηρεάζει άμεσα τη μακροπρόθεσμη αξιοπιστία. Για τους τέσσερις κύριους τύπους: η σωληνωτή χρήση ενσωμάτωσης σωλήνα + μπρουτζοποίηση ή συμπίεση· η FSW χρήση συγκόλλησης με τριβή και ανάδευση· η εξώθηση χρησιμοποιεί εξώθηση + σφράγιση άκρου· η συγκολλημένη χρήση μπρουτζοποίησης χρησιμοποιεί μπρουτζοποίηση κενού ή ατμόσφαιρας. Η μπρουτζοποίηση κενού και η FSW είναι οι κύριες διαδικασίες για πλάκες ψύξης υψηλής αξιοπιστίας.

Συνηθισμένα ελαττώματα συγκόλλησης περιλαμβάνουν το πορώδες, την υπερβολική εξάπλωση, τις εσωτερικές μικρορωγμές, την κακή συγκόλληση και το φράξιμο του καναλιού ροής. Για τις πλάκες συγκόλλησης και τις συγκολλημένες ψυχρές πλάκες, η στεγανοποίηση της συγκόλλησης και η εσωτερική καθαριότητα πρέπει να ελέγχονται προσεκτικά.

Η επιπεδότητα είναι ένας άλλος βασικός παράγοντας. Σύμφωνα με τη θεωρία επαφής Hertz, ακόμη και μακροσκοπικά επίπεδες επιφάνειες έχουν μικροσκοπικές κορυφές και κοιλάδες. Η πραγματική επιφάνεια επαφής είναι πολύ μικρότερη από την ονομαστική επιφάνεια. Οι αποκλίσεις επιπεδότητας σε επίπεδο micron μπορούν να προκαλέσουν δραματική αύξηση της θερμικής αντίστασης της διεπαφής. Τα τυπικά κριτήρια αποδοχής για συστήματα ψύξης με ψυχρή πλάκα περιλαμβάνουν:

• στεγανότητα: δοκιμή διαρροής ηλίου, διαρροή ≤ 1×10⁻⁶ pa·m³/s ή ≤ 0,05 ml/min @ 0,5–2,0 mpa

• αντοχή στην πίεση: υδραυλική δοκιμή ρήξης ≥ 3× πίεση λειτουργίας (κανονικά ≥ 3,0 mpa)

• επιπεδότητα: ≤ 0,05 mm ανά 100 mm (συνολικά ≤ 0,1 mm)

• καθαριότητα: σωματίδια ≤ 10 mg/m²

8. αξία των πλακών ψύξης υγρού σε πεδία εφαρμογής igbt

Ηλεκτρικά οχήματα: Η πλάκα ψύξης υγρού διαχειρίζεται τη θερμότητα από τον μετατροπέα έλξης, επηρεάζοντας άμεσα την ισχύ εξόδου του κινητήρα. Οι μονάδες SIC έχουν 2-3 φορές την πυκνότητα ισχύος των παραδοσιακών IGBT. Οι αποδοτικές πλάκες ψύξης υγρού με σωλήνες, FSW ή συγκολλημένες πλάκες εξαλείφουν αποτελεσματικά τα τοπικά θερμά σημεία, βελτιώνοντας την αυτονομία και την αξιοπιστία των ηλεκτρικών οχημάτων.

Αιολικοί και ηλιακοί μετατροπείς: Οι μονάδες IGBT λειτουργούν υπό μακροχρόνιο υψηλό φορτίο. Το σύστημα ψύξης πρέπει να έχει μεγάλη διάρκεια ζωής και χαμηλές απαιτήσεις συντήρησης. Οι ψυχρές πλάκες παρέχουν χαμηλότερες σταθερές θερμοκρασίες σύνδεσης και μικρότερες διακυμάνσεις θερμοκρασίας, βελτιώνοντας σημαντικά την αξιοπιστία σε δύσκολες συνθήκες.

Σιδηροδρομικές μεταφορές: η ηλεκτροκίνηση αυξάνει τη ζήτηση ψύξης. Η ενεργή υγρή ψύξη (με αντλία) παρέχει πιο ακριβή έλεγχο θερμοκρασίας από τη φυσική συναγωγή ή την ψύξη με εξαναγκασμένο αέρα, ενισχύοντας την αξιοπιστία σε ακραία περιβάλλοντα.

(Παρόμοιες πλάκες ψύξης για ηλεκτρονικά χρησιμοποιούνται επίσης σε πλάκες ψύξης CPU για επεξεργαστές υψηλής απόδοσης, σε πλάκες ψύξης υγρού μπαταρίας για μπαταρίες ηλεκτρικών οχημάτων και σε σχέδια μονωμένων πλακών ψύξης για απομόνωση υψηλής τάσης.)

9. προοπτικές αγοράς και τάσεις τεχνολογίας

σύμφωνα με την qyresearch, η παγκόσμια αγορά υποστρωμάτων ψύκτρας igbt έφτασε 720 εκατομμύρια το 2024 και αναμένεται να φτάσει τα 1,165 δισεκατομμύρια έως το 2031, με μέσο ετήσιο ρυθμό ανάπτυξης 7,7%. Στο πλαίσιο αυτής της ανάπτυξης, οι πλάκες ψύξης με υγρό - ειδικά οι τύποι με συγκόλληση και οι τύποι FSW - είναι οι βασικοί παράγοντες. Το μέσο ετήσιο ρυθμό ανάπτυξης 17,9% για τις μονάδες IGBT άμεσης ψύξης με υγρό είναι σημαντικά υψηλότερο από το συνολικό 7,7% για τα υποστρώματα IGBT, υποδεικνύοντας ταχεία διείσδυση της τεχνολογίας ψύξης με υγρό.

Μια προηγμένη ιδέα, η πλάκα ψύξης υγρού με πολλαπλά ακροφύσια και δέσμη ψεκασμού (MJILCP) για TDP 1000W, που παρουσιάστηκε σε συνέδριο IEEE, έδειξε 14,3% χαμηλότερη θερμική αντίσταση και 19,3% χαμηλότερη ισχύ άντλησης σε σύγκριση με μια συμβατική πλάκα ψύξης με φρεζαρισμένο κανάλι. Για να επιτευχθεί θερμική αντίσταση 0,0236°C/W, η MJILCP απαιτούσε 48% λιγότερη ισχύ αντλίας.

Η μελλοντική εξέλιξη επικεντρώνεται σε τρεις κατευθύνσεις:

1. βαθιά ενσωμάτωση: από έμμεση ψύξη έως ενσωματωμένη ενσωμάτωση DBC, μειώνοντας περαιτέρω τη θερμική αντίσταση.

2. Ευφυής σχεδιασμός: σχεδιασμός με υποβοήθηση τεχνητής νοημοσύνης, βελτιστοποίηση τοπολογίας και προσθετική κατασκευή για προσαρμοσμένα κανάλια ροής (προσαρμοσμένη πλάκα ψύξης υγρού, προσαρμοσμένες πλάκες ψύξης).

3. Προσαρμογή σε πολλαπλά σενάρια: εξατομικευμένες λύσεις για πλατφόρμες υψηλής τάσης 800v, μεγάλο υψόμετρο κ.λπ., πιθανώς συμπεριλαμβανομένης ψυχρής πλάκας υγρού αζώτου για ακραίες ανάγκες ψύξης.

Καθώς η τοπική κατασκευή προχωρά και η νέα ενεργειακή επανάσταση εμβαθύνει, οι πλάκες υγρής ψύξης θα εξελιχθούν από βοηθητικά εξαρτήματα σε βασικούς παράγοντες πυκνότητας ισχύος και αξιοπιστίας σε IGBT και ευρύτερα ηλεκτρονικά ισχύος.