تبريد مزود الطاقة لتحسين أداء الطاقة والتكلفة
عندما تزداد حرارة نظام المنتج ، سيزداد استهلاك الطاقة للنظام بشكل كبير. بهذه الطريقة ، عند تصميم نظام الإمداد بالطاقة ، سيتم اختيار حل ذي تيار أكبر ، وسيؤدي ذلك حتماً إلى زيادة التكلفة. إلى حد ما ، فإن التكلفة ستزيد أضعافا مضاعفة.
تعد المحاكاة الحرارية جزءًا مهمًا من تطوير منتجات الطاقة وتقديم إرشادات حول مواد المنتج. تحسين حجم الوحدة هو اتجاه تطوير تصميم المعدات الطرفية ، والذي يؤدي إلى تحويل إدارة تبديد الحرارة من المشتت الحراري المعدني إلى طبقة النحاس PCB. تستخدم بعض الوحدات اليوم ترددات تحويل منخفضة لإمدادات الطاقة في وضع التبديل والمكونات السلبية الكبيرة. بالنسبة لتحويل الجهد والتيار الهادئ الذي يقود الدائرة الداخلية ، تكون كفاءة المنظم الخطي منخفضة نسبيًا.
عندما تصبح الوظائف أكثر وفرة ، يصبح الأداء أعلى وأعلى ، ويصبح تصميم الجهاز مضغوطًا بشكل متزايد. في هذا الوقت ، تصبح محاكاة تبديد الحرارة على مستوى IC وعلى مستوى النظام مهمة جدًا.
تتراوح درجة حرارة بيئة العمل لبعض التطبيقات من 70 إلى 125 درجة مئوية ، ودرجة حرارة بعض تطبيقات السيارات ذات الحجم القوالب تصل إلى 140 درجة مئوية. بالنسبة لهذه التطبيقات ، يعد التشغيل المتواصل للنظام أمرًا مهمًا للغاية. عند تحسين التصميمات الإلكترونية ، تزداد أهمية التحليل الحراري الدقيق في ظل سيناريوهات أسوأ حالة عابرة وثابتة للنوعين المذكورين أعلاه.
1. الإدارة الحرارية
تتمثل صعوبة إدارة تبديد الحرارة في تقليل حجم العبوة مع تحقيق أداء أعلى في تبديد الحرارة ، وارتفاع درجة حرارة بيئة العمل ، وانخفاض ميزانية طبقة تبديد الحرارة النحاسية. ستؤدي كفاءة التغليف العالية إلى تركيز أعلى للمكونات المولدة للحرارة ، مما ينتج عنه تدفقات حرارة عالية للغاية على مستوى IC ومستوى العبوة.
تشمل العوامل التي يجب مراعاتها في النظام أجهزة طاقة لوحة الدوائر المطبوعة الأخرى التي قد تؤثر على درجة حرارة جهاز التحليل ، ومساحة النظام ، وتصميم / قيود تدفق الهواء. المستويات الثلاثة للإدارة الحرارية التي يجب مراعاتها هي: الحزمة ولوحة الدائرة والنظام
مسار نقل الحرارة النموذجي في عبوة IC
التكلفة المنخفضة ، عامل الشكل الصغير ، تكامل الوحدة وموثوقية الحزمة هي عدة جوانب يجب أخذها في الاعتبار عند اختيار الحزمة. نظرًا لأن التكلفة أصبحت اعتبارًا رئيسيًا ، فإن حزم تحسين تبديد الحرارة القائمة على إطارات الرصاص تزداد شعبية.
يتضمن هذا النوع من العبوات المشتت الحراري المدمج أو الوسادة المكشوفة وحزمة من نوع رقاقة النقع ، والتي تم تصميمها لتحسين أداء تبديد الحرارة. في بعض الحزم المثبتة على السطح ، تقوم بعض إطارات الرصاص المخصصة بلحام العديد من الخيوط على كل جانب من العبوة لتعمل بمثابة موزع حراري. توفر هذه الطريقة مسارًا أفضل لتبديد الحرارة لنقل الحرارة للوسادة.
2. IC وحزمة محاكاة تبديد الحرارة
يتطلب التحليل الحراري نماذج مفصلة ودقيقة لمنتجات رقائق السيليكون وخصائص حرارية للإسكان. يوفر موردو أشباه الموصلات الخواص الميكانيكية لتبديد الحرارة برقائق السيليكون والتعبئة والتغليف ، بينما توفر الشركات المصنعة للمعدات معلومات حول مواد الوحدة. يقدم مستخدمو المنتج معلومات عن بيئة الاستخدام.
يساعد هذا التحليل مصممي IC على تحسين حجم الطاقة FET لأسوأ حالة استهلاك للطاقة في أوضاع التشغيل العابرة والثابتة. في العديد من الدوائر المتكاملة الإلكترونية للطاقة ، تحتل الطاقة FET جزءًا كبيرًا من منطقة القالب. يساعد التحليل الحراري المصممين على تحسين تصاميمهم.
تعرض الحزمة المختارة عمومًا جزءًا من المعدن لتوفير مسار مقاومة منخفضة لتبديد الحرارة من شريحة السيليكون إلى المشتت الحراري. المعلمات الرئيسية المطلوبة من قبل النموذج هي كما يلي:
نسبة أبعاد حجم رقاقة السيليكون وسمك الرقاقة.
مساحة جهاز الطاقة وموقعه وأي دوائر محرك إضافية تولد الحرارة.
سمك هيكل مزود الطاقة (التشتت في رقاقة السيليكون).
مساحة وسماكة وصلة القالب حيث يتم توصيل شريحة السيليكون بالوسادات المعدنية المكشوفة أو المطبات المعدنية. قد يشمل النسبة المئوية للفجوة الهوائية لمادة توصيل القالب.
منطقة وسمك تقاطع الوسادات المعدنية المكشوفة أو المطبات المعدنية.
استخدم مادة القالب وحجم العبوة لسلك التوصيل.
يجب توفير خصائص التوصيل الحراري لكل مادة مستخدمة في النموذج. يتضمن إدخال البيانات هذا أيضًا التغييرات المعتمدة على درجة الحرارة في جميع خصائص التوصيل الحراري ، والتي تشمل على وجه التحديد:
الموصلية الحرارية رقاقة السيليكون
اتصال القالب ، التوصيل الحراري لمادة القالب
الموصلية الحرارية عند تقاطع الوسادات المعدنية أو المطبات المعدنية.
التفاعل بين منتج العبوة وثنائي الفينيل متعدد الكلور
من أهم معايير محاكاة تبديد الحرارة تحديد المقاومة الحرارية من الوسادة إلى مادة المشتت الحراري. طرق تحديد المقاومة الحرارية هي كما يلي:
لوحة دوائر FR4 متعددة الطبقات (شائعة الاستخدام هي لوحات دوائر من أربع طبقات وستة طبقات)
لوحة دوائر أحادية الطرف
لوحات الدوائر العلوية والسفلية
تختلف مسارات تبديد الحرارة والمقاومة الحرارية باختلاف طرق التنفيذ:
قم بتوصيله بلوحة تبديد الحرارة للوحة المشتت الحراري الداخلية أو فتحة تبديد الحرارة عند تقاطع البروز. استخدم اللحام لتوصيل الوسادة الحرارية المكشوفة أو اتصال النتوء بالطبقة العليا من ثنائي الفينيل متعدد الكلور.
فتحة على PCB أسفل الوسادة الحرارية المكشوفة أو وصلة النفخ ، والتي يمكن توصيلها بقاعدة المشتت الحراري الممتدة المتصلة بالغلاف المعدني للوحدة&# 39.
استخدم مسامير معدنية لتوصيل المشتت الحراري بالمشتت الحراري على الطبقة النحاسية العلوية أو السفلية من ثنائي الفينيل متعدد الكلور للقشرة المعدنية. استخدم اللحام لتوصيل الوسادة الحرارية المكشوفة أو اتصال النتوء بالطبقة العليا من ثنائي الفينيل متعدد الكلور.
بالإضافة إلى ذلك ، فإن وزن أو سمك طلاء النحاس المستخدم في كل طبقة من ثنائي الفينيل متعدد الكلور أمر بالغ الأهمية. من حيث تحليل المقاومة الحرارية ، تتأثر الطبقات المتصلة بالوسادات أو المطبات المكشوفة بشكل مباشر بهذه المعلمة. بشكل عام ، هذه هي الطبقات العلوية ، بالوعة الحرارة ، والطبقات السفلية في لوحة دوائر مطبوعة متعددة الطبقات.
في معظم التطبيقات ، يمكن أن تكون طبقة خارجية مكونة من 2 أونصة نحاسية (2 أونصة نحاسية=2.8 ميل أو 71 ميكرومتر) ، وطبقة داخلية 1 أونصة (1 أونصة نحاسية=1.4 ميل أو 35 ميكرومتر) ، أو جميعها طبقة مغطاة بالنحاس الثقيل 1 أونصة. في تطبيقات الإلكترونيات الاستهلاكية ، تستخدم بعض التطبيقات 0.5 أوقية من النحاس (0.5 أوقية من النحاس=0.7 مل أو 18 ميكرومتر) طبقة.
