Прымяненне ацяпляльных адрадвальнікаў у паўправадніковай прамысловасці

Цяплаадваднікі з'яўляюцца важнымі кампанентамі ў паўправадніковай прамысловасці, адыгрываючы жыццёва важную ролю ў кіраванні цеплавымі прадукцыйнасцямі і забяспечэнні надзейнасці электронных прылад. Паколькі паўправадніковыя прылады працягваюць скарачацца па памеры, павялічваючы шчыльнасць магутнасці, эфектыўнае кіраванне цеплавым рэжымам стала краеугольным каменем сучаснага дызайну электронікі. У гэтым артыкуле даследуюцца тэхналогіі, якія стаяць за цеплаадвадамі, іх прымяненне ў паўправадніковай прамысловасці, і будучыя тэндэнцыі ў гэтай галіне.

Тэхналогія і прыкладанні цеплаадвада

1. Агляд тэхналогій працэсу

Цяплаадваднікі распрацаваны для рассеўлення цяпла з цвёрдай паверхні, у асноўным праз праводнасць і канвекцыю. Яны звычайна вырабляюцца з матэрыялаў з высокай цеплаправоднасцю, такіх як алюміній, медзь або спалучэнне абодвух. Вытворчыя працэсы ўключаюць у сябе экструзію, ліццё пад ліццём, апрацоўку, а яшчэ нядаўна дадатковую вытворчасць для складаных геаметрый. Апрацоўка паверхні, такая як анодаванне або пакрыццё, павышае карозійную ўстойлівасць і эфектыўнасць цеплаперадачы.

1.1 Агульныя пункты

Для таго, каб забяспечыць аптымальную прадукцыйнасць паўправадных прылад, неабходна не перавышаць максімальную тэмпературу злучэння, паказаную вытворцам.

Як правіла, гэтая максімальная тэмпература злучэння можа быць захавана толькі без перавышэння яе шляхам запуску адпаведнага прылады на ніжэйшых выхадах магутнасці.

Пры выхадах, якія набліжаюцца да максімальных номіналаў, паўправадніковыя прылады павінны быць астуджаны так званымі ацяпляльнікамі.

Цяплавая прадукцыйнасць гэтых ацяпляльнікаў у асноўным залежыць ад цеплаправоднасці матэрыялу, з якога яны выраблены, памеру паверхні і масы.

Акрамя таго, колер паверхні, становішча мантажу, тэмпература, хуткасць навакольнага паветра і месца мантажу ўсе маюць розны ўплыў на канчатковую прадукцыйнасць ацяпляльніка ад аднаго прыкладання да іншага.

Няма пагаджаных міжнародных стандартных метадаў выпрабавання электронных сістэм астуджэння або вызначэння цеплавага супраціву.

1.2. Вызначэнне цеплавага супраціву

Цяплавы супраціву з'яўляецца параметрам, які з'яўляецца самым важным у выбары халодніка, акрамя механічных меркаванняў. Для вызначэння цеплавага супраціву прымяняецца наступнае раўнанне:

Рыўнанне 1: RthK = − (RthG + RthM) = − РтГМ

У выпадку прыкладання, калі максімальная тэмпература злучэння не перавышаецца, тэмпература павінна быць праверана.

Калі тэмпература выпадку была вымерана, выкарыстанне наступнага раўнання дазволіць разлічыць максімальную тэмпературу злучэння:

Рыўнанне 2: θi = θG + P х RthG

Значэнне вызначальнікаў:

θi = максімальная тэмпература злучэння ў °C прылады, як паказана вытворцам. У якасці "фактара бяспекі" гэта павінна быць зніжана на 20-30 ° C.

θu = тэмпература навакольнага асяроддзя ў °C.

Павышэнне тэмпературы, выкліканае прамяняльным цеплам ацяпляльніка, павінна быць павялічана на 10-30 ° C.

Δθ = розніца паміж максімальнай тэмпературай злучэння і тэмпературай навакольнага асяроддзя.

θG = вымяраная тэмпература корпуса прылады (раўнанне 2).

P = максімальная намінальная магутнасць прылады ў [W] Rth = цеплавы супраціў у [K / W]

RthG = ўнутраны цеплавы супраціў паўправадніковага прылады (як паказана вытворцам)

RthM = цеплавы супраціў паверхні мантажу. Для TO 3 выпадкаў прымяняюцца наступныя прыблізная значэнні:

1. сухі, без ізаляцыі 0,05 - 0,20 К / Вт

2. з цеплавым злучэннем / без ізалятара 0,005 - 0,10 К / Вт

3. Алюмініевы аксід пластины з цеплавым злучэннем 0,20 - 0,60 К / Вт

4. Мика пластинка (таўшчыня 0,05 мм) з цеплавым злучэннем 0,40 - 0,90 К / Вт

RthK = цеплавы супраціў адцягвальніка, які можа быць узят непасрэдна з дыяграм

RthGM = сума RthG і RthM. Для паралельных злучэнняў некалькіх транзістараў значэнне RthGM можа быць вызначана наступным раўнаннем:

Рыўнанне 3: = + + . .. +

Вынік можа быць заменены на раўнанне 1.

K = Кельвін, які з'яўляецца стандартным мерам адрозненняў тэмпературы, вымяраным у °C, таму 1 °C = 1 K.

K / W = Кельвін на ват, адзінка цеплавага супраціву.

Прыклады разліку:

1. Транзістар магутнасці TO 3 з 60 Вт мае максімальную тэмпературу злучэння 180 ° C і ўнутраны супраціў 0,6 К / Вт у навакольным асяроддзі 40 ° C з алюмініевымі пласцінамі.

Які цеплавы супраціў патрабуецца для ацяпляльніка?

дадзены:

P = 60 Вт R thG = 0,6 К / Вт

θi = 180 °C - 20 °C = 160 °C (для маржы бяспекі) RthM = 0,4 K/W (сярэдняе значэнне)

θu = 40 °C

знайсці: RthK з дапамогай раўнання 1 RthK = θi θu − (RthG + RthM) = − (0,6 К/Вт + 0,4 К/Вт) = 1,0 К/Вт

1.3 Тое ж самае, што і вышэй, але для трох прылад з роўнамерна размеркаванай намінальнай магутнасцю.

выкарыстанне рашэння раўнанне 1 і раўнанне 3 = + + = W / K RthGM гес. = К / В = 0,33 К / В

Замена ў раўнанне 1 дае: RthK = _ 0,33 К / Вт = 1,67 К / Вт

Пры вызначэнні гэтых значэнняў табліца на старонцы А 13 - 17 можа быць выкарыстана для выбару магчымых профіляў адцяпляльніка. Затым шляхам вывучэння малюнкаў і крывых канчатковы выбар можа быць зроблены.

3. Транзістар з намінальнай магутнасцю 50 Вт і ўнутраным цеплавым супрацівам 0,5 К / Вт мае тэмпературу корпуса 40 ° C. Якое фактычнае значэнне тэмпературы злучэння?

дадзены:

P = 50 W R thG = 0,5 K / W θG = 40 ° C

знайсці: θiusing раўнанне 2

θi = θG+ (P • RthG) θi = 40 °C + (50 W • 0,5 K / W) = 65 °C

Цэпавыя супрацівы любых профіляў з прымусовай канвекцыяй

RthKf ≈ а • RthK

RthKf = цеплавы супраціў з прымусовай канвекцыяй

RthK = цеплавы супраціў з натуральнай канвекцыяй

a = фактар прапорцыі

2.Прадукцыйнасць, тэрмін службы і надзейнасць электронных паўправадніковых прылад значна вызначаюцца цеплавой нагрузкай, якой падвяргаюцца прылады. Перахоп максімальнай працоўнай тэмпературы прыводзіць да збояў. Перахопу дазволенай тэмпературы злучэння прыводзіць да знішчэння паўправадніка. Што яшчэ горш, у паўправадніковай прамысловасці існуе прагрэсуючая тэндэнцыя пастаяннага павелічэння шчыльнасці інтэграцыі і магутнасці электронных прылад. Для вырашэння цеплавых праблем першае пытанне заключаецца ў тым, які від расцеплення цепла трэба разглядаць. Для гэтага даступныя розныя працэсы: з дапамогай свабоднай канвекцыі (пасіўнай) з рознымі растворамі ацяпляльніка, з дапамогай прымусовай канвекцыі (актыўнай з дапамогай вентылятараў, агрэгатаў астуджэння) або з дапамогай вадкасных сродкаў (астуд

Аднак электронныя прылады і сістэмы маюць шмат розных умоў памежу і ўстаноўкі. Таму выбар аптымальнага цеплавага кіравання часта цяжкі. Існуюць, безумоўна, магчымасці знайсці правільную канцэпцыю расцеплення цяпла з дапамогай цеплавага супраціву для разлікаў або праверкі і праверкі прататыпаў непасрэдна ў прыкладанні, але ў цяперашні час кліент паказаны механічныя рэгуляванні патрабуецца і патрабуецца больш, чым Невялікія механічныя пасляапрацоўкі, такія як дадатковыя інтэграваныя ніткі або свідраванне, могуць быць разгледжаны ў разліку з рэзервамі бяспекі ў тэмпературы цеплавага супраціву, але шырокія мадыфікацыі патрабуюць паўтаральнага праверкі цеплавых абставін.

Рагледжаныя фактары ў цеплавым мадэляванні

З дапамогай цеплавага мадэлявання KINGKA неабходныя характарыстыкі канцэпцыі астуджэння могуць быць дакладна вызначаны. На аснове фізічных паняццяў, такіх як маса, энергія і імпульс, праграмнае забеспячэнне спецыяльна разглядае цеплавыя патрабаванні натуральнай або прымусовай канвекцыі. У той жа час сістэма рассеўляе цепла праз вадкасць. Акрамя таго, цеплавая мадэляцыя разлічвае фізічныя эфекты, такія як цеплавая выпраменьванне і турбулентнасць. Радыяцыйныя фактары розных паверхняў таксама гуляюць ролю.

KINGKA будзе рады парадзіць вам падрабязна аб тэме цеплавай сімуляцыі. Нашы эксперты даступныя для ўсіх тэхнічных кансультацый.

2.2 Роля ў паўправадніковай прамысловасці

Цяплаадваднікі гуляюць жыццёва важную ролю ў падтрыманні тэмпературы злучэння ў бяспечных межах, прадухіленні цеплавых адтокаў і забяспечэнні стабільнай працы. Яны маюць вырашальнае значэнне для абароны працэсараў, графічных працэсараў, паўправаднікаў магутнасці (IGBT, MOSFET) і іншых адчувальных да цепла кампанентаў у інтэгральных схемах і электронных зборах.

2.3 Ключавыя вобласці прымянення

· Высокапрадукцыйныя вылічэнні (HPC): Неабходна для астуджэння працэсараў у суперкампутарах і цэнтрах апрацоўкі дадзеных.

· Аўтамабільная электроніка: забяспечвае надзейнасць інвертараў электрамабіляў, сістэм ADAS і інфармацыйна-забаўляльных агрэгатаў.

· Тэлекамунікацыі: Захоўвае прадукцыйнасць базавых станцый і маршрутызатараў пад цяжкай нагрузкай.

3. Высноў

Цяплаадваднікі з'яўляюцца асноўнымі для здольнасці паўправадніковай прамысловасці кіраваць бесперапынным павелічэннем генерацыі цяпла. Іх тэхналогіі праектавання і вытворчасці працягваюць развівацца, задавальняючы патрабаванні новых прыкладанняў, адкрываючы шлях для больш разумных, больш устойлівых рашэнняў астуджэння. Паколькі прамысловасць перавышае межы прадукцыйнасці і інтэграцыі, роля эфектыўнага цеплавага кіравання будзе толькі расці ў значэнні.