Di-electric liquid cooling for future 20 kV power modules - TEL - Thèses en ligne
Thèse Année : 2024

Di-electric liquid cooling for future 20 kV power modules

Refroidissement liquide diélectrique pour les futurs modules de puissance 20 kV

Amin Al-Hinaai
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1465531
  • IdRef : 281373736

Résumé

This thesis makes a contribution to solving high-voltage semiconductor encapsulation problems. This innovation offers the possibility of considerably reducing the size and complexity of power electronic modules. Conventional encapsulation structures have long faced the trade-off between electrical insulation, which requires thick insulating layers, and optimal thermal performance, which favors thin layers with high thermal conductivity. This work presents a novel concept to resolve this dilemma using direct dielectric liquid cooling and ceramic heat sinks. With an AlN thickness of 3 mm, the new housing can withstand even higher voltages, up to 62 kV. The cooler achieves a thermal resistivity of 0.155 cm²K/W with the Novec7500, and this value is further reduced to 0.114 cm²K/W with water. These results allow the cooling of devices with power losses of up to 500 W/cm².
Cette thèse apporte une contribution à la résolution des problèmes d’encapsulation des semi-conducteurs haute tension. Cette innovation offre la possibilité de réduire considérablement la taille et la complexité des modules ´électroniques de puissance. Les structures d’encapsulation conventionnelles ont depuis longtemps été confrontées au compromis entre l’isolation électrique, qui exige des couches isolantes épaisses, et la performance thermique optimale, qui privilégie des couches minces à haute conductivité thermique. Ce travail présente un concept novateur visant à résoudre ce dilemme en utilisant un refroidissement direct par un liquide diélectrique et des dissipateurs thermiques en céramique. Avec une épaisseur d’AlN de 3 mm, le nouveau boîtier peut supporter encore des tensions plus élevées, jusqu’à 62 kV. Le refroidisseur atteint une résistivité thermique de 0.155 cm²K/W avec le Novec7500, et cette valeur est encore réduite à 0.114 cm²K/W avec de l’eau. Ces résultats permettent le refroidissement de dispositifs présentant des pertes de puissance allant jusqu’à 500 W/cm².
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04819644 , version 1 (04-12-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04819644 , version 1

Citer

Amin Al-Hinaai. Di-electric liquid cooling for future 20 kV power modules. Electric power. INSA de Lyon, 2024. English. ⟨NNT : 2024ISAL0035⟩. ⟨tel-04819644⟩
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