كيفية تحسين أداء الدائرة وتكلفة تبريد مزود الطاقة

عندما تزداد حرارة نظام المنتج ، سيزداد استهلاك الطاقة للنظام بشكل كبير ، لذلك عند تصميم نظام الطاقة ، سيتم اختيار حل بتيار أعلى ، مما سيؤدي حتماً إلى زيادة التكلفة. عند نقطة معينة ، تزداد التكلفة أضعافا مضاعفة. اسمحوا لي أن أشاطركم مقالًا عن تصميم ومحاكاة تبريد مزود الطاقة.

تعد المحاكاة الحرارية جزءًا مهمًا من تطوير منتجات الطاقة وتوفير إرشادات لمواد المنتج. يعد تحسين عامل شكل الوحدة اتجاهًا تطويرًا في تصميم المعدات الطرفية ، مما يؤدي إلى مشكلة التحول من المشتتات الحرارية المعدنية إلى الإدارة الحرارية لطبقة PCB النحاسية. تستخدم بعض الوحدات النمطية الحالية ترددات تحويل منخفضة لإمدادات الطاقة في وضع التبديل والمكونات السلبية الكبيرة. تكون المُنظِّمات الخطية أقل كفاءة في ترجمة الجهد والتيارات الهادئة التي تقود الدوائر الداخلية.

نظرًا لأن تصميمات الأجهزة أصبحت أكثر ثراءً بالميزات ، فإن تحسين الأداء وتصبح تصميمات الأجهزة أكثر إحكاما ، تصبح المحاكاة الحرارية على مستوى IC ومستوى النظام أمرًا بالغ الأهمية.

تعمل بعض التطبيقات في درجات حرارة محيطة تتراوح من 70 إلى 125 درجة ، ويمكن أن تصل بعض تطبيقات السيارات ذات الحجم الكبير إلى درجات حرارة تصل إلى 140 درجة ، حيث يكون تشغيل النظام غير المنقطع أمرًا مهمًا. أصبح التحليل الحراري الدقيق العابر والثابت لأسوأ حالة لكلا النوعين من التطبيقات مهمًا بشكل متزايد عند تحسين التصميمات الإلكترونية.

الإدارة الحرارية

يتمثل التحدي في الإدارة الحرارية في تقليل حجم العبوة مع تحقيق أداء حراري أعلى ، ودرجة حرارة تشغيل محيطة أعلى ، وميزانية أقل للطبقات الحرارية النحاسية. ستؤدي كفاءة التغليف العالية إلى تركيز عالٍ من المكونات المولدة للحرارة ، مما ينتج عنه تدفقات حرارة عالية للغاية في IC ومستويات العبوة.

تشمل العوامل التي يجب مراعاتها في النظام بعض أجهزة طاقة لوحة الدوائر المطبوعة الأخرى التي قد تؤثر على درجة حرارة جهاز التحليل ومساحة النظام وتصميم / قيود تدفق الهواء. هناك ثلاثة عوامل يجب مراعاتها في الإدارة الحرارية: الحزمة واللوحة والنظام

التكلفة المنخفضة ، عامل الشكل الصغير ، تكامل الوحدة ، وموثوقية الحزمة هي بعض الجوانب التي يجب مراعاتها عند اختيار الحزمة. نظرًا لأن التكلفة أصبحت اعتبارًا رئيسيًا ، فإن الحزم المحسّنة حرارياً القائمة على الإطار الرئيسي تكتسب شعبية. تتضمن هذه الحزمة المشتت الحراري المدمج أو الوسادة المكشوفة وحزم من نوع الموزع الحراري المصممة لتحسين الأداء الحراري. في بعض الحزم المثبتة على السطح ، تحتوي إطارات الرصاص الخاصة على العديد من الخيوط المنصهرة في كل جانب من العبوة لتكون بمثابة موزعات للحرارة. يوفر هذا النهج مسارًا أفضل لتبديد الحرارة لنقل الحرارة من وسادة القالب.

IC والمحاكاة الحرارية للحزمة

يتطلب التحليل الحراري نماذج مفصلة ودقيقة لمنتجات قوالب السيليكون وخصائص حرارية للغلاف. يوفر موردو أشباه الموصلات خصائص ميكانيكية حرارية للسيليكون IC وعبواتها ، بينما توفر الشركات المصنعة للمعدات معلومات عن مواد الوحدة. يقدم مستخدمو المنتج معلومات بيئة الاستخدام.

يساعد هذا التحليل مصممي الدوائر المتكاملة على تحسين أبعاد FET للطاقة من أجل تبديد الطاقة في أسوأ الحالات في أوضاع التشغيل المؤقتة والهادئة. في العديد من الدوائر المتكاملة لإلكترونيات الطاقة ، تشغل FETs جزءًا كبيرًا من منطقة القالب. يساعد التحليل الحراري المصممين على تحسين تصميماتهم.

تعرض الحزمة المختارة عادةً بعض المعدن لتوفير مسار مقاومة حرارية منخفض من قالب السيليكون إلى المشتت الحراري. المعلمات الرئيسية المطلوبة من قبل النموذج هي كما يلي:

نسبة أبعاد حجم قالب السيليكون وسمك القالب.

منطقة جهاز الطاقة وموقعه ، وأي دوائر تشغيل إضافية تولد الحرارة.

سمك هيكل الطاقة (التشتت داخل رقاقة السيليكون).

منطقة اتصال القالب والسماكة حيث يتم توصيل قالب السيليكون بالوسادات المعدنية المكشوفة أو المطبات المعدنية. قد يشمل نسبة فجوة الهواء للمواد المرفقة بالقالب.

مساحة وسمك الوسادة المعدنية المكشوفة أو وصلة النتوء المعدني.

حجم العبوة باستخدام مواد التشكيل وأسلاك التوصيل.

خصائص التوصيل الحراري لكل مادة مستخدمة في النموذج مطلوبة. يتضمن إدخال البيانات هذا أيضًا التغييرات المعتمدة على درجة الحرارة في جميع خصائص نقل الحرارة بما في ذلك:

الموصلية الحرارية لشريحة السيليكون

التوصيل الحراري للقالب ، مواد الصب

الموصلية الحرارية عند توصيل الوسادات المعدنية أو المطبات المعدنية.

نوع العبوة (منتج عبوة) وتفاعل ثنائي الفينيل متعدد الكلور

المعلمة الحاسمة للمحاكاة الحرارية هي تحديد المقاومة الحرارية من الوسادة إلى مادة المشتت الحراري ، والتي يمكن تحديدها بالطرق التالية:

ألواح FR4 متعددة الطبقات (الألواح ذات الأربع وست طبقات شائعة)

لوحة دوائر أحادية النهاية

الألواح العلوية والسفلية

تختلف مسارات المقاومة الحرارية والحرارية حسب التنفيذ:

قم بتوصيله بالوسادات الحرارية الموجودة على لوحة المبدد الحراري الداخلية أو المنافذ الحرارية عند توصيلات الاهتزازات. استخدم اللحام لتوصيل الوسادات الحرارية المكشوفة أو وصلات النتوء بالطبقة العليا من ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

فتحة في PCB أسفل الوسادة الحرارية المكشوفة أو وصلة النتوء التي يمكن توصيلها بقاعدة المشتت الحراري البارز المتصل بالحاوية المعدنية للوحدة.

استخدم براغي معدنية لتوصيل المشتت الحراري بالمشتت الحراري على الطبقة النحاسية العلوية أو السفلية من ثنائي الفينيل متعدد الكلور في العلبة المعدنية. استخدم اللحام لتوصيل الوسادة الحرارية المكشوفة أو اتصال النتوء بالطبقة العليا من ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

أيضًا ، يعد وزن أو سمك طلاء النحاس المستخدم في كل طبقة من ثنائي الفينيل متعدد الكلور أمرًا بالغ الأهمية. لتحليل المقاومة الحرارية ، تتأثر الطبقات المتصلة بالوسادة المكشوفة أو وصلات النتوءات بشكل مباشر بهذه المعلمة. بشكل عام ، هذا هو الجزء العلوي ، بالوعة الحرارة ، والطبقات السفلية في لوحة دوائر مطبوعة متعددة الطبقات.

في معظم التطبيقات ، يمكن أن يكون هذا طبقة خارجية بحجم 2 أونصة نحاسية (2 أونصة نحاسية=2. 8 مل أو 71 ميكرومتر) وطبقة نحاسية 1 أونصة (1 أونصة نحاسية=1. 4 مل أو 35 ميكرومتر) الطبقة الداخلية ، أو كلاهما عبارة عن طبقات نحاسية بحجم 1 أوقية. في تطبيقات الإلكترونيات الاستهلاكية ، يستخدم البعض أيضًا طبقات {{1 {12}}}. 5 أوقية من النحاس (0.5 أونصة نحاسية=0. 7 مللي أو 18 ميكرومتر).

بيانات النموذج

تتطلب محاكاة درجة حرارة القالب خطة أرضية IC تتضمن جميع مجموعات الطاقة في القالب ومواقعها الفعلية لتتوافق مع إرشادات لحام العبوة.

حجم ونسبة العرض إلى الارتفاع لكل FET مهم للتوزيع الحراري. هناك عامل مهم آخر يجب مراعاته وهو ما إذا كان يتم تشغيل FETs في وقت واحد أو بالتتابع. تعتمد دقة النموذج على البيانات المادية وخصائص المواد المستخدمة.

يتطلب تحليل الطاقة الثابت أو المتوسط ​​للنموذج وقتًا قصيرًا للحساب ويحدث التقارب بمجرد تسجيل أعلى درجة حرارة.

يتطلب التحليل العابر بيانات الطاقة مقابل الوقت. لقد سجلنا البيانات باستخدام خطوة دقة أفضل من حالة تبديل مصدر الطاقة لالتقاط ارتفاع درجة الحرارة الذروة بدقة أثناء نبضات الطاقة السريعة. عادةً ما يكون هذا التحليل مضيعة للوقت ويتطلب إدخال بيانات أكثر من محاكاة الطاقة الثابتة.

هذا النموذج يحاكي فراغات الايبوكسي في منطقة إرفاق القالب ، أو تصفيح الفراغات في غرفة التبريد ثنائي الفينيل متعدد الكلور. في كلتا الحالتين ، يمكن أن تؤثر فراغات الإيبوكسي / الطلاء على المقاومة الحرارية للعبوة

تعد المحاكاة الحرارية جزءًا مهمًا من تطوير منتجات الطاقة. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يرشدك خلال إعداد معلمات المقاومة الحرارية ، من تقاطع FET لشريحة السيليكون إلى تنفيذ المواد المختلفة في المنتج. بمجرد فهم مسارات المقاومة الحرارية المختلفة ، يمكن تحسين العديد من الأنظمة لجميع التطبيقات.

Sinda Thermal هي خبير حراري محترف ، يمكننا توفير التصميم الحراري الأمثل لعملائنا ، وتقديم أكثر الأسعار تنافسية وأحواض حرارة عالية الجودة للعملاء العالميين. إذا كان لديك أي متطلبات حرارية فلا تتردد في الاتصال بنا.