Bagaimana untuk mengoptimumkan prestasi litar dan kos untuk penyejukan bekalan kuasa
Apabila haba sistem produk meningkat, penggunaan kuasa sistem akan meningkat secara eksponen, jadi apabila mereka bentuk sistem kuasa, penyelesaian dengan arus yang lebih tinggi akan dipilih, yang pasti akan membawa kepada peningkatan kos. Pada satu ketika, kos meningkat secara eksponen. Izinkan saya berkongsi dengan anda artikel tentang reka bentuk dan simulasi penyejukan bekalan kuasa.
Simulasi terma ialah bahagian penting dalam membangunkan produk kuasa dan menyediakan garis panduan untuk bahan produk. Mengoptimumkan faktor bentuk modul ialah trend pembangunan dalam reka bentuk peralatan terminal, yang membawa masalah beralih daripada sink haba logam kepada pengurusan haba lapisan tembaga PCB. Beberapa modul hari ini menggunakan frekuensi pensuisan yang lebih rendah untuk bekalan kuasa mod suis dan komponen pasif yang besar. Pengawal selia linear kurang cekap untuk terjemahan voltan dan arus senyap yang memacu litar dalaman.
Apabila reka bentuk peranti menjadi lebih kaya ciri, meningkatkan prestasi dan reka bentuk peranti menjadi lebih padat, simulasi terma pada peringkat IC dan peringkat sistem menjadi kritikal.
Sesetengah aplikasi beroperasi pada suhu ambien 70 hingga 125 darjah, dan beberapa aplikasi automotif saiz mati boleh mencapai suhu setinggi 140 darjah, di mana operasi sistem tanpa gangguan adalah penting. Analisis terma kes terburuk sementara dan statik yang tepat untuk kedua-dua jenis aplikasi menjadi semakin penting apabila mengoptimumkan reka bentuk elektronik.
Pengurusan terma
Cabaran pengurusan haba adalah untuk mengurangkan saiz pakej sambil mencapai prestasi terma yang lebih tinggi, suhu ambien operasi yang lebih tinggi dan belanjawan yang lebih rendah untuk lapisan terma kuprum. Kecekapan pembungkusan yang tinggi akan menghasilkan kepekatan tinggi komponen penjana haba, mengakibatkan fluks haba yang sangat tinggi pada tahap IC dan pakej.
Faktor yang perlu dipertimbangkan dalam sistem termasuk beberapa peranti kuasa papan litar bercetak lain yang mungkin menjejaskan suhu peranti analisis, ruang sistem dan reka bentuk/had aliran udara. Terdapat tiga faktor yang perlu dipertimbangkan dalam pengurusan haba: pakej, papan dan sistem
Kos rendah, faktor bentuk kecil, penyepaduan modul dan kebolehpercayaan pakej adalah beberapa aspek yang perlu dipertimbangkan semasa memilih pakej. Memandangkan kos menjadi pertimbangan utama, pakej yang dipertingkatkan secara termal berasaskan leadframe semakin popular. Pakej ini termasuk pakej sink haba terbenam atau pad terdedah dan jenis penyebar haba yang direka untuk meningkatkan prestasi terma. Dalam sesetengah pakej pelekap permukaan, bingkai plumbum khas mempunyai beberapa petunjuk yang dicantum pada setiap sisi bungkusan untuk bertindak sebagai penyebar haba. Pendekatan ini menyediakan laluan pelesapan haba yang lebih baik untuk pemindahan haba dari pad die.
IC dan Simulasi Terma Pakej
Analisis terma memerlukan model produk cetakan silikon yang terperinci dan tepat dan sifat terma penutup. Pembekal semikonduktor menyediakan sifat mekanikal terma IC silikon dan pembungkusan, manakala pengeluar peralatan menyediakan maklumat tentang bahan modul. Pengguna produk menyediakan maklumat persekitaran penggunaan.
Analisis ini membantu pereka IC mengoptimumkan dimensi kuasa FET untuk pelesapan kuasa kes terburuk dalam mod operasi sementara dan senyap. Dalam kebanyakan IC elektronik kuasa, FET kuasa menduduki sebahagian besar kawasan cetakan. Analisis terma membantu pereka bentuk mengoptimumkan reka bentuk mereka.
Pakej yang dipilih biasanya mendedahkan sebahagian daripada logam untuk menyediakan laluan impedans haba yang rendah daripada acuan silikon ke sink haba. Parameter utama yang diperlukan oleh model adalah seperti berikut:
Nisbah aspek saiz cetakan silikon dan ketebalan cetakan.
Kawasan dan lokasi peranti kuasa, dan sebarang litar pemacu tambahan yang menjana haba.
Ketebalan struktur kuasa (penyerakan dalam cip silikon).
Kawasan sambungan dadu dan ketebalan di mana dadu silikon disambungkan ke pad logam terdedah atau bonggol logam. Boleh termasuk die attach bahan peratusan jurang udara.
Luas dan ketebalan pad logam terdedah atau sambungan bonggol logam.
Saiz pakej menggunakan bahan acuan dan petunjuk sambungan.
Sifat kekonduksian terma untuk setiap bahan yang digunakan dalam model diperlukan. Input data ini juga termasuk perubahan bergantung kepada suhu dalam semua sifat pemindahan haba termasuk:
Kekonduksian haba cip silikon
Kekonduksian terma pelekat die, bahan acuan
Kekonduksian terma pada sambungan pad logam atau benjolan logam.
Jenis pakej (packageproduct) dan interaksi PCB
Parameter penting untuk simulasi haba adalah untuk menentukan rintangan haba dari pad ke bahan sink haba, yang boleh ditentukan dengan cara berikut:
Papan FR4 berbilang lapisan (papan empat dan enam lapisan adalah perkara biasa)
papan litar satu hujung
Papan atas dan bawah
Laluan rintangan terma dan haba berbeza mengikut pelaksanaan:
Sambungkan ke pad haba pada panel sink haba dalaman atau vias haba pada sambungan benjolan. Gunakan pateri untuk menyambungkan pad haba terdedah atau sambungan bonggol ke lapisan atas PCB.
Pembukaan dalam PCB di bawah pad haba terdedah atau sambungan benjolan yang boleh disambungkan ke pangkal sink haba terkeluar yang dipasang pada kepungan logam modul.
Gunakan skru logam untuk memasang sink haba pada sink haba pada lapisan kuprum atas atau bawah PCB bekas logam. Gunakan pateri untuk menyambungkan pad haba terdedah atau sambungan benjolan ke lapisan atas PCB.
Selain itu, berat atau ketebalan penyaduran kuprum yang digunakan pada setiap lapisan PCB adalah kritikal. Untuk analisis rintangan haba, lapisan yang disambungkan ke sambungan pad atau benjolan terdedah secara langsung dipengaruhi oleh parameter ini. Secara umumnya, ini ialah lapisan atas, sink haba dan bawah dalam papan litar bercetak berbilang lapisan.
Dalam kebanyakan aplikasi, ini boleh menjadi dua auns kuprum (2 auns kuprum=2.8 mil atau 71 µm) lapisan luar dan 1 auns kuprum (1 auns kuprum=1.4 juta atau 35 µm) lapisan dalam, atau semua Kedua-duanya adalah lapisan kuprum 1 oz. Dalam aplikasi elektronik pengguna, ada juga yang menggunakan lapisan {{10}}.5 oz kuprum (0.5 oz kuprum=0.7 mil atau 18 µm) lapisan.
Data model
Mensimulasikan suhu cetakan memerlukan pelan lantai IC yang merangkumi semua FET kuasa pada cetakan dan lokasi sebenar mereka untuk mematuhi garis panduan pematerian pakej.
Saiz dan nisbah aspek setiap FET adalah penting untuk pengagihan haba. Satu lagi faktor penting untuk dipertimbangkan ialah sama ada FET dikuasakan secara serentak atau secara berurutan. Ketepatan model bergantung pada data fizikal dan sifat bahan yang digunakan.
Analisis kuasa statik atau purata model memerlukan masa pengiraan yang singkat dan penumpuan berlaku sebaik sahaja suhu tertinggi direkodkan.
Analisis sementara memerlukan data kuasa berbanding masa. Kami merekodkan data menggunakan langkah resolusi yang lebih baik daripada bekas bekalan kuasa pensuisan untuk menangkap kenaikan suhu puncak dengan tepat semasa denyutan kuasa pantas. Analisis ini biasanya memakan masa dan memerlukan lebih banyak input data daripada simulasi kuasa statik.
Model ini mensimulasikan lompang epoksi di kawasan pelekap die, atau lompang penyaduran dalam heatsink PCB. Dalam kedua-dua kes, lompang epoksi/penyaduran boleh menjejaskan rintangan haba bungkusan
Simulasi terma adalah bahagian penting dalam membangunkan produk kuasa. Di samping itu, ia membimbing anda melalui penetapan parameter rintangan haba, daripada simpang FET cip silikon kepada pelaksanaan pelbagai bahan dalam produk. Setelah laluan rintangan haba yang berbeza difahami, banyak sistem boleh dioptimumkan untuk semua aplikasi.
Sinda Thermal ialah pakar terma profesional, kami boleh menyediakan reka bentuk terma yang dioptimumkan untuk pelanggan kami, dan menawarkan harga paling kompetitif dan sink haba berkualiti hebat untuk pelanggan global. Jika anda mempunyai sebarang keperluan haba, sila hubungi kami.
