전기 자동차(EV)의 온도는 일부 사람들이 생각하는 것만큼 낮지 않을 수 있습니다. 특히 EV 트랙션 인버터에서는 발열이 꽤 많이 발생합니다. 이것은 배터리의 DC 전류를 바퀴에 전원을 공급하는 트랙션 모터에 필요한 AC 형태로 변환하는 회로입니다.
트랙션 인버터의 전자 부품이 너무 뜨거워지면 작동 효율이 낮아질 수 있습니다. 또한 높은 온도에서 작동하면 전자 장치의 수명과 신뢰성이 줄어들 수 있습니다. 이로 인해 이 회로를 냉각하는 것이 EV 설계에서 중요한 요소가 됩니다. 또한 무게를 추가하면 차량 효율성과 주행 거리가 낮아지기 때문에, 과제는 최대한 가볍고 안정적이며 크기가 작은 냉각 시스템을 사용하는 것입니다.
기존 동력전달장치 냉각
일반적으로 냉각은 수냉식 베이스 플레이트에 전력 전자 장치 및 기타 열 발생 부품을 장착하여 수행합니다. 이는 열을 멀리 전달하여 전자 장치를 냉각하는 방법입니다. 현재 대부분의 베이스 플레이트는 구리 또는 알루미늄으로 생산됩니다. 구리는 열 전도성이 좋기 때문에 열을 발생원에서 효율적으로 멀리 이동시킵니다. 알루미늄은 구리보다 열 전도성이 낮지만 훨씬 가볍습니다. 따라서 무게를 절감할 수 있습니다.
그러나 이들 금속 중 어느 것도 베이스 플레이트에 이상적으로 적합하지 않습니다. 그 주된 이유는 이러한 재료를 가열하면 트랙션 인버터에 패키징된 실리콘 또는 실리콘 카바이드 전자 장치와 동일한 속도로 팽창하지 않기 때문입니다. 이러한 차등 팽창은 전력 전자 장치 패키징에 기계적 응력을 발생시킵니다. 그 결과 전자 어셈블리가 변형되어 결국 패키징이 파손될 수 있습니다.
열 관리 개선
이상적인 베이스 플레이트 재료는 열 전도성이 높아야 하며 전자 장치 패키징의 열 팽창 특성과도 밀접한 관련이 있습니다. 또한 재료가 기계적으로 강하고 단단하며, 부식에 강하고 가벼우며 워터 재킷의 필요성이 적거나 없는 경우에도 유리합니다. 결과적으로 이러한 이유로 일부 응용 분야에서 인버터의 무게와 크기를 낮추게 됩니다.
Coherent는 다양한 열 관리 응용 분야의 요구 사항을 충족하기 위해 다양한 반응 결합 Si/SiC(RBSiC) 제제를 개발했습니다. 한 가지 예로 일부 반응 결합 Si/SiC 제제는 구리와 유사하거나 더 높은 열 전도성을 제공합니다. 가장 중요한 것은 열 팽창 특성을 AlN 또는 Si₃N₄와 같은 전자 장치 패키징 기판 재료의 열 팽창 특성과 일치하도록 맞춤화할 수 있다는 것입니다. 테스트 결과, 이 Coherent RBSiC로 제작된 베이스 플레이트가 패키징 변형을 크게 줄이는 것으로 나타났습니다.
그 외에도 이 RBSiC는 높은 기계적 강도와 경도를 비롯한 바람직한 물리적 특성도 갖고 있습니다. 이는 내구성이 뛰어나고 마모 및 손상에 강하여 방열판의 장기적인 신뢰성을 높이는 데 도움을 줍니다. 부식에 강하고 화학적으로 불활성이기도 합니다. 마지막으로, Coherent의 RBSiC는 구리보다 밀도가 낮아 더 가벼운 베이스 플레이트 제작이 가능합니다.
Coherent RBSiC는 높은 열 전도성과 높은 경도(변형에 대한 저항성), 금속보다 우수한 열 팽창 일치성이 결합되어 있기 때문에 '열 그리스 펌프 아웃'이라는 문제도 획기적으로 줄여줍니다. 이러한 열 그리스 또는 페이스트는 때때로 고전력 모듈 패키징과 방열판 사이에 도포되어 원활한 열 접촉을 보장합니다. 그러나 금속 베이스 플레이트를 사용하는 경우 이러한 열 그리스 또는 페이스트는 기계적 압력과 열 순환으로 인해 베이스 플레이트 사이에서 점차적으로 밀려 나옵니다. 이러한 경우 냉각 효과가 줄어듭니다.
실용적인 관점으로 볼 때, Coherent는 RBSiC 베이스 플레이트를 최종 형태의 부품으로 제작할 수 있습니다. 또한 여기에는 냉각 핀이나 냉각 채널과 같은 복잡한 기능이 포함될 수 있습니다. 따라서 제조 비용이 절감됩니다. 더불어 Coherent는 적층 제조 기술과 호환되는 형태로 RBSiC를 생산합니다. 이를 통해 추가 가공 작업 없이 미세 냉각 채널과 같은 내부 구조를 포함할 수 있습니다. 다시 말해, 생산 비용이 절감됩니다.
Coherent는 내부 및 외부 냉각 핀, 내부 유체 흐름 채널과 같은 기능이 포함된 RBSiC 베이스 플레이트를 쉽게 제작할 수 있습니다.
Coherent RBSiC는 실리콘 전력 전자 장치를 활용하여 EV를 위한 우수한 열 관리 솔루션을 제공합니다. EV 제조업체가 SiC 전력 전자 장치를 채택함을 고려하여 볼 때, 이는 미래 지향적인 솔루션이기도 합니다. 이는 SiC 전력 전자 장치가 본질적으로 더 높은 온도에서 작동하므로 베이스 플레이트와 전자 장치 패키징 간에 더 나은 CTE 매칭이 필요하기 때문입니다. 따라서 RBSiC는 안정적이고 적응력이 뛰어난 자산으로 자리매김하여 향후 수년간 시스템 성능을 보호할 것입니다.
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