Penyejukan bekalan kuasa untuk mengoptimumkan prestasi kuasa dan kos
Apabila haba sistem produk meningkat, penggunaan kuasa sistem akan meningkat secara eksponen. Dengan cara ini, apabila mereka bentuk sistem bekalan kuasa, penyelesaian dengan arus yang lebih besar akan dipilih, dan ini pasti akan membawa kepada peningkatan kos. Pada tahap tertentu, kos akan meningkat secara eksponen.
Simulasi terma ialah bahagian penting dalam membangunkan produk kuasa dan menyediakan garis panduan bahan produk. Mengoptimumkan saiz modul ialah trend pembangunan reka bentuk peralatan terminal, yang membawa penukaran pengurusan pelesapan haba daripada sink haba logam kepada lapisan tembaga PCB. Sesetengah modul hari ini menggunakan frekuensi pensuisan yang lebih rendah untuk bekalan kuasa mod suis dan komponen pasif yang besar. Untuk penukaran voltan dan arus senyap memacu litar dalaman, kecekapan pengawal selia linear adalah agak rendah.
Apabila fungsi menjadi lebih banyak, prestasi menjadi lebih tinggi dan lebih tinggi, dan reka bentuk peranti menjadi semakin padat. Pada masa ini, simulasi pelesapan haba peringkat IC dan peringkat sistem menjadi sangat penting.
Suhu persekitaran kerja bagi sesetengah aplikasi ialah 70 hingga 125°C, dan suhu bagi sesetengah aplikasi automotif saiz mati adalah setinggi 140°C. Untuk aplikasi ini, operasi sistem tanpa gangguan adalah sangat penting. Apabila mengoptimumkan reka bentuk elektronik, analisis haba yang tepat di bawah senario terburuk sementara dan statik untuk dua jenis aplikasi di atas menjadi semakin penting.
1. Pengurusan Terma
Kesukaran pengurusan pelesapan haba adalah untuk mengurangkan saiz pakej sambil mencapai prestasi pelesapan haba yang lebih tinggi, suhu persekitaran kerja yang lebih tinggi dan bajet lapisan pelesapan haba kuprum yang lebih rendah. Kecekapan pembungkusan yang tinggi akan menghasilkan kepekatan komponen penjana haba yang lebih tinggi, mengakibatkan fluks haba yang sangat tinggi pada tahap IC dan tahap pakej.
Faktor yang perlu dipertimbangkan dalam sistem termasuk peranti kuasa papan litar bercetak lain yang boleh menjejaskan suhu peranti analisis, ruang sistem dan reka bentuk/sekatan aliran udara. Tiga peringkat pengurusan haba yang perlu dipertimbangkan ialah: pakej, papan litar dan sistem
Laluan pemindahan haba biasa dalam pakej IC
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 peningkatan pelesapan haba berdasarkan bingkai plumbum menjadi semakin popular.
Pakej jenis ini termasuk sink haba terbenam atau pad terdedah dan pakej jenis cip rendaman, yang direka untuk meningkatkan prestasi pelesapan haba. Dalam sesetengah pakej pelekap permukaan, beberapa bingkai plumbum khusus mengimpal beberapa petunjuk pada setiap sisi bungkusan untuk berfungsi sebagai penyebar haba. Kaedah ini menyediakan laluan pelesapan haba yang lebih baik untuk pemindahan haba pad die.
2. IC dan simulasi pelesapan haba pakej
Analisis terma memerlukan model produk cip silikon yang terperinci dan tepat serta sifat terma perumahan. Pembekal semikonduktor menyediakan sifat mekanikal pelesapan haba IC silikon dan pembungkusan, manakala pengeluar peralatan menyediakan maklumat tentang bahan modul. Pengguna produk memberikan maklumat tentang persekitaran penggunaan.
Analisis ini membantu pereka IC mengoptimumkan saiz FET kuasa untuk penggunaan kuasa terburuk dalam mod operasi sementara dan statik. Dalam kebanyakan IC elektronik kuasa, FET kuasa menduduki sebahagian besar kawasan cetakan. Analisis terma membantu pereka bentuk mengoptimumkan reka bentuk mereka.
Pakej yang dipilih secara amnya mendedahkan sebahagian daripada logam untuk menyediakan laluan impedans pelesapan haba yang rendah dari cip silikon ke sink haba. Parameter utama yang diperlukan oleh model adalah seperti berikut:
Nisbah aspek saiz cip silikon dan ketebalan cip.
Kawasan dan lokasi peranti kuasa, dan sebarang litar pemacu tambahan yang menjana haba.
Ketebalan struktur bekalan kuasa (penyerakan dalam cip silikon).
Luas dan ketebalan sambungan die di mana cip silikon disambungkan ke pad logam terdedah atau benjolan logam. Boleh termasuk peratusan jurang udara bahan sambungan die.
Luas dan ketebalan simpang pad logam terdedah atau bonggol logam.
Gunakan bahan acuan dan saiz bungkusan plumbum sambungan.
Sifat kekonduksian terma setiap bahan yang digunakan dalam model mesti disediakan. Input data ini juga termasuk perubahan bergantung kepada suhu dalam semua sifat pengaliran haba, yang secara khusus termasuk:
Kekonduksian haba cip silikon
Sambungan mati, kekonduksian terma bahan acuan
Kekonduksian terma di persimpangan pad logam atau benjolan logam.
Interaksi antara produk pakej dan PCB
Salah satu parameter yang paling penting dalam simulasi pelesapan haba adalah untuk menentukan rintangan haba dari pad ke bahan sink haba. Kaedah untuk menentukan rintangan haba adalah seperti berikut:
Papan litar FR4 berbilang lapisan (biasa digunakan ialah papan litar empat lapisan dan enam lapisan)
Papan litar satu hujung
Papan litar atas dan bawah
Pelesapan haba dan laluan rintangan haba berbeza mengikut kaedah pelaksanaan yang berbeza:
Sambungkan ke pad pelesapan haba panel sink haba dalaman atau lubang pelesapan haba di persimpangan penonjolan. Gunakan pateri untuk menyambungkan pad haba terdedah atau sambungan benjolan ke lapisan atas PCB.
Bukaan pada PCB di bawah pad haba terdedah atau sambungan benjolan, yang boleh disambungkan ke tapak sink haba lanjutan yang disambungkan ke sarung logam modul'
Gunakan skru logam untuk menyambungkan sink haba ke sink haba pada lapisan kuprum atas atau bawah PCB cangkerang logam. Gunakan pateri untuk menyambungkan pad haba terdedah atau sambungan benjolan ke lapisan atas PCB.
Di samping itu, berat atau ketebalan penyaduran kuprum yang digunakan pada setiap lapisan PCB adalah sangat kritikal. Dari segi analisis rintangan haba, lapisan yang disambungkan ke pad terdedah atau benjolan dipengaruhi secara langsung oleh parameter ini. Secara umumnya, ini ialah lapisan atas, sink haba dan bawah dalam papan litar bercetak berbilang lapisan.
Dalam kebanyakan aplikasi, ia boleh menjadi lapisan luar kuprum dua auns (2 auns kuprum=2.8 mil atau 71 µm) dan lapisan dalam 1 auns kuprum (1 auns kuprum=1.4 mil atau 35 µm), atau semua semuanya 1 auns lapisan bersalut tembaga berat. Dalam aplikasi elektronik pengguna, sesetengah aplikasi malah menggunakan lapisan 0.5 auns kuprum (0.5 auns kuprum=0.7 mil atau 18 µm).
