Numerical Thermal Analysis of IGBT Module Package for Electronic Locomotive Power-Control Unit

Insulated gate bipolar transistor (IGBT) 소자는 전동차, 항공기 및 전기 자동차에 가장 많이 사용되는 고전압, 고전력용 전력 반도체이다. 그러나 IGBT 전력소자는 동작 시 발열 온도가 매우 높고, 이로 인해, IGBT 소자의 신뢰성 및 성능에 큰 영향을 미치고 있다. 따라서 발열 문제를 해결하기 위한 IGBT 모듈패키지의 방열 설계는 매우 핵심적인 기술이며, 특히, 소자가 동작 한계 온도에 올라가지 않도록 방열설계를 적절히 수행하여야 한다. 본 논문에서는 전동차에 사용되는 1200 A, 3.3 kV 급 IGBT 모듈 패키지의 열 특성에 대해 수치해석을 이용하여 분석하였다. IGBT 모듈 패키지에 사용되는 다양한 재료 및 소재의 두께에 대한 영향을 분석하였으며, 실험계획법을 이용한 최적화 설계를 수행하였다. 이를 통하여 열 저항을 최소화하기 위한 최적의 방열 설계 가이드 라인을 제시하고자 하였다.