고전압 정류기가 고장난 이유를 물으면 흔히 "오래돼서 그렇다"는 대답을 듣습니다. 하지만 노화 자체가 고장의 원인은 아닙니다. 정류기의 노화를 유발하는 것은 온도이며, 중요한 것은 케이스 외부에서 측정할 수 있는 온도가 아니라 다이 내부의 온도입니다.

측정할 수 없는 숫자

접합 온도란 실리콘이 실제로 존재하는 온도를 말합니다. 이 둘 사이에는 간단한 관계가 있습니다.

Tj = T주변 + (총 소산량 × 열 저항)

저 방정식의 어떤 부분도 정류기에만 특정한 것이 아닙니다. 모든 전력 반도체에 동일하게 적용됩니다. 여기서 언급할 가치가 있는 것은 세 번째 항입니다. 고전압 어셈블리에서 전체 스트링의 모든 손실은 하나의 패키지에서 발생하며, 이 손실은 케이스, 마운팅 및 고정된 모든 부분을 통해 외부로 빠져나가야 합니다.

그 경로, 즉 열 저항은 부품의 기계적 설계가 전기적 매개변수로 나타나는 지점입니다.

장착 형태가 전류 정격을 결정하는 이유는 무엇일까요?

동일한 제품 라인의 검은색 에폭시 성형 부품 두 개를 비교해 보십시오. 두 부품 모두 동일한 전압 등급입니다.

  • 일반 몰드형 모듈 정류기: 10kV에서 최대 2A.
  • 동일 전압 등급의 플랜지 장착형 어셈블리: 10kV에서 최대 14A, 3kV에서 최대 15A.

실리콘 자체의 차이가 아니라, 실리콘이 열을 방출하는 방식의 차이입니다. 플랜지 장착형 부품은 방열판이나 금속 격벽에 볼트로 고정되며, 플랜지 자체가 열 전달 경로 역할을 합니다. 반면 몰드형 모듈은 정지된 공기와 자체 본체의 작은 면적에 의존하여 열을 방출합니다.

전체 제품군에 걸쳐 동일한 논리가 적용됩니다. 패키지 크기에 비해 전류 정격이 높게 나타나는 경우, 이는 거의 항상 해당 패키지가 냉각되도록 설계되었기 때문이며, 장착은 선택 사항이 아닙니다.

접합부 온도와 생명이 연관되어 있는 이유는 무엇일까요?

반도체 신뢰성 분야에서 고장률과 접합부 온도의 관계는 가장 철저하게 연구된 관계 중 하나입니다. 그 곡선의 형태는 일관적입니다. 특정 온도 이하에서는 고장률이 거의 일정하며, 그 온도 이상에서는 10도씩 증가할 때마다 고장률이 급격하게 증가합니다.

두 가지 결과가 따르며, 둘 다 실용적입니다.

  1. 과열된 부품은 예측 가능한 시점에 고장 나지 않고, 훨씬 더 높은 빈도로 고장 납니다. "2년은 더 쓸만할 겁니다"라는 식의 말은 전혀 도움이 되지 않습니다. 훨씬 더 유용한 말은 "온도를 30도 낮추면 고장률을 10분의 1로 줄일 수 있습니다"입니다.
  2. 열 전달 경로는 사양의 일부입니다. 전기적으로 동일하지만 장착 방식이 다른 교체 부품은 접합부 온도가 달라지므로 수명도 달라집니다.

교체 시 확인해야 할 사항

  • 장착 인터페이스. 볼트 패턴, 플랜지 직경, 스터드 나사산이 모두 동일합니다. 교체 부품이 방열판에 닿는 방식이 다르면 전기 정격이 같더라도 열 저항이 달라집니다.
  • 열 인터페이스. 조립에 패드, 컴파운드 또는 맨 금속 접촉면을 사용하는지는 설계의 중요한 부분이며, 작업장에서의 세부적인 사항이 아닙니다.
  • 사용 중 케이스 온도. 원래 부품이 여전히 작동한다면, 그 부품에서 측정하고 교체 후와 비교해 보세요. 이것이 가장 저렴한 조기 경보 방법입니다.
  • 해당 포지션에 여유가 있는지 여부. 교체 부품이 원래 부품보다 더 뜨거워진다고 해서 아직 고장난 것은 아닙니다. 고장이 임박했다는 신호일 뿐입니다.

범위의 두 극단

HVC 정류기 제품군에서는 열 설계 스펙트럼의 양극단을 모두 확인할 수 있습니다.

두 부품 모두 해당 위치에 맞는 올바른 설계입니다. 문제는 장착 방식이 열 경로에 미치는 영향을 확인하지 않고 하나를 다른 하나로 교체할 때 발생합니다.