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パワーデバイス&パワーモジュール

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温度バラツキの均一化とは?課題と対策・製品を解説

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パワーモジュールにおける温度バラツキの均一化とは?

パワーモジュールは、電力変換において重要な役割を果たしますが、内部の半導体素子や配線など、場所によって温度が均一にならないことがあります。この温度バラツキの均一化とは、パワーモジュール全体で温度をできるだけ均等に保ち、特定の箇所に熱が集中するのを防ぐ技術や取り組みを指します。これにより、モジュールの信頼性向上、寿命延長、性能維持、そして安全性の確保を目指します。

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『M4040/M2020』は、高発熱密度体からの除熱に効果を発揮する
マイクロチャンネルヒートシンクです。

通常よく見られる「一本流路」では、冷却面で「熱のばらつき」が生じます。
WELCONの流体分配設計技術は均一な冷却によって、高発熱密度体からの吸熱に効果を発揮します。

従来品比較で吸熱密度を向上させることで、ポンプ・配管を含めた
サイズダウン、軽量化、簡素化、省エネ化が可能です。

スパコン向けCPUの冷却用に、量産実績あり。
熱交換器との組み合わせで、精緻な温度制御が可能。

【特長】
■260W/cm2吸熱
■マトリックス流路による全面均一温度
■カスタマイズ対応
■低流量、低熱抵抗を実現
■ポンプ・配管を含めたサイズダウン、軽量化、簡素化、省エネ化が可能

※詳しくはPDF資料をご覧いただくか、お気軽にお問い合わせ下さい。

マイクロチャンネルヒートシンク『M4040/M2020』

新熱工業では、一貫したシーズヒーター製造販売の技術を活かし、『半導体、液晶装置用ヒーター』を取扱っています。
ヒーターの専門メーカーだからこそ実現できる多種多様なヒーターを組込んだ製品をご提案いたします。

プレート材質、加工方法、使用温度、容量などから最適なヒーター仕様を選定いたします。

各種ヒーターは電気的に絶縁されており、直接加熱が可能。
振動、衝撃に優れ、発熱線が酸化されにくいために長寿命です。

【特長】
■プレート材質、加工方法、使用温度、容量などから最適なヒーター仕様を選定。
■各種ヒーターは電気的に絶縁されており、直接加熱が可能。
■表面処理を行うことでガスによる耐腐食性に優れている。

詳しくはPDF資料をご覧いただくか、お気軽にお問い合わせ下さい。

新熱工業のシーズヒーターを活かした『半導体・液晶装置用ヒーター』

『ゴア(R) Thermal Insulation』断熱フィルムは
空気のより低い熱伝導率により、垂直方向への熱伝達を大きく抑制し、
電子デバイスの熱制御を強力にサポートします。


【断熱フイルム特長】
■熱伝導率:0.020W/m・K
■デバイスの表面温度を低減
■熱制御改善による、デバイス全体のパフォーマンスの向上


※断熱フイルムの詳細はPDF資料をご覧いただくか、お気軽にお問い合わせ下さい。

『ゴア(R) Thermal Insulation』断熱フイルム

金属プレート内部に水を循環させプレート全体を冷やし、発熱体を取り付けて熱を奪います。
主にはIGBTといった半導体素子の冷却、またUV-LED、アンプ、ペルチェ素子の冷却など様々な用途、業界でご使用頂いております。

水冷ヒートシンクの性能は、流路構造や素子面の加工精度によって大きく異なってきます。
当社では効率良く、また面内を均一に冷却する流路設計にこだわりを持っており、ご希望の性能・形状に合う水冷ヒートシンクを設計・製作します。

水冷ヒートシンク シリーズ

リモートフォスファーは、青色光源から離れた位置に蛍光板を配置させる新型モジュールです。
波長変換を行う蛍光体の熱劣化を防ぎ、LEDの信頼性を飛躍的に向上させます。

【特徴】
○耐久性を飛躍的に向上
○発光のバラツキを最少化

詳しくはお問い合わせ、またはカタログをダウンロードしてください。

モジュール 「リモートフォスファー」

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パワーモジュールにおける温度バラツキの均一化

パワーモジュールにおける温度バラツキの均一化とは?

パワーモジュールは、電力変換において重要な役割を果たしますが、内部の半導体素子や配線など、場所によって温度が均一にならないことがあります。この温度バラツキの均一化とは、パワーモジュール全体で温度をできるだけ均等に保ち、特定の箇所に熱が集中するのを防ぐ技術や取り組みを指します。これにより、モジュールの信頼性向上、寿命延長、性能維持、そして安全性の確保を目指します。

課題

局所的な過熱による信頼性低下

パワーモジュール内の特定の素子に電流が集中し、温度が異常に上昇することで、素子の劣化や破損を引き起こし、モジュール全体の信頼性を低下させます。

温度勾配による熱応力増大

モジュール内の温度差が大きいと、材料の熱膨張率の違いから熱応力が発生し、接合部や配線の剥離、亀裂の原因となります。

性能のばらつきと効率低下

温度によって半導体素子の特性が変化するため、温度バラツキが大きいと、モジュール全体の電力変換効率が低下したり、期待される性能を発揮できなくなったりします。

冷却設計の複雑化とコスト増

温度バラツキが大きい場合、その対策のために複雑で大型の冷却システムが必要となり、設計の難易度上昇と製造コストの増加を招きます。

​対策

熱伝導性の高い材料の採用

モジュール内部の基板や封止材に、熱伝導率の高い材料を選択することで、熱を効率的に拡散させ、温度の均一化を図ります。

放熱構造の最適化

ヒートシンクや冷却フィンなどの放熱構造を、モジュール全体の熱分布を考慮して設計・配置することで、効果的な熱放散を実現します。

素子配置の均等化

発熱量の大きい素子や、温度上昇しやすい素子をモジュール内で均等に配置し、局所的な熱集中を避ける設計を行います。

熱シミュレーションによる事前評価

設計段階で詳細な熱シミュレーションを実施し、温度分布を予測・評価することで、問題点を早期に発見し、設計に反映させます。

​対策に役立つ製品例

高熱伝導性基板材料

優れた熱伝導性を持つセラミックや複合材料でできた基板は、モジュール内部の熱を素早く拡散させ、温度バラツキを低減します。

最適化設計された放熱部品

熱流体解析に基づいて設計されたヒートシンクや冷却プレートは、効率的な熱交換を促進し、モジュール全体の温度を均一に保ちます。

高熱伝導性封止材

熱伝導率の高い樹脂やコンパウンドは、素子と外部との間の熱伝達を助け、モジュール内部の温度ムラを解消します。

熱管理ソフトウェア

高度な熱シミュレーション機能を持つソフトウェアは、設計段階での温度分布の予測と最適化を支援し、温度バラツキの少ないモジュール設計を可能にします。

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