बिजली के प्रदर्शन और लागत को अनुकूलित करने के लिए बिजली की आपूर्ति को ठंडा करना
जब उत्पाद प्रणाली की गर्मी बढ़ती है, तो सिस्टम की बिजली की खपत तेजी से बढ़ेगी। इस तरह, बिजली आपूर्ति प्रणाली को डिजाइन करते समय, एक बड़े प्रवाह के साथ एक समाधान का चयन किया जाएगा, और इससे अनिवार्य रूप से लागत में वृद्धि होगी। कुछ हद तक, लागत में तेजी से वृद्धि होगी।
थर्मल सिमुलेशन बिजली उत्पादों को विकसित करने और उत्पाद सामग्री दिशानिर्देश प्रदान करने का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है। मॉड्यूल के आकार का अनुकूलन टर्मिनल उपकरण डिजाइन की विकास प्रवृत्ति है, जो धातु गर्मी सिंक से पीसीबी तांबे की परत में गर्मी अपव्यय प्रबंधन के रूपांतरण के बारे में लाता है। कुछ मॉड्यूल आज स्विच-मोड बिजली आपूर्ति और बड़े निष्क्रिय घटकों के लिए कम स्विचिंग आवृत्तियों का उपयोग करते हैं। आंतरिक सर्किट को चलाने वाले वोल्टेज रूपांतरण और मौन धारा के लिए, रैखिक नियामक की दक्षता अपेक्षाकृत कम है।
जैसे-जैसे फ़ंक्शन अधिक प्रचुर मात्रा में होते जाते हैं, प्रदर्शन उच्च और उच्च होता जाता है, और डिवाइस का डिज़ाइन तेजी से कॉम्पैक्ट होता जाता है। इस समय, आईसी-स्तर और सिस्टम-स्तरीय गर्मी अपव्यय अनुकरण बहुत महत्वपूर्ण हो जाता है।
कुछ अनुप्रयोगों के काम के माहौल का तापमान 70 से 125 डिग्री सेल्सियस है, और कुछ मरने के आकार के ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों का तापमान 140 डिग्री सेल्सियस तक भी है। इन अनुप्रयोगों के लिए, सिस्टम का निर्बाध संचालन बहुत महत्वपूर्ण है। इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन का अनुकूलन करते समय, उपरोक्त दो प्रकार के अनुप्रयोगों के लिए क्षणिक और स्थिर सबसे खराब स्थिति के तहत सटीक थर्मल विश्लेषण तेजी से महत्वपूर्ण होता जा रहा है।
1. थर्मल प्रबंधन
गर्मी अपव्यय प्रबंधन की कठिनाई उच्च गर्मी अपव्यय प्रदर्शन, उच्च कार्य वातावरण तापमान और कम तांबा गर्मी अपव्यय परत बजट प्राप्त करते समय पैकेज आकार को कम करना है। उच्च पैकेजिंग दक्षता के परिणामस्वरूप गर्मी पैदा करने वाले घटकों की उच्च सांद्रता होगी, जिसके परिणामस्वरूप आईसी स्तर और पैकेज स्तर पर अत्यधिक उच्च ताप प्रवाह होगा।
सिस्टम में जिन कारकों पर विचार करने की आवश्यकता है उनमें अन्य मुद्रित सर्किट बोर्ड पावर डिवाइस शामिल हैं जो विश्लेषण डिवाइस तापमान, सिस्टम स्पेस और एयरफ्लो डिज़ाइन/प्रतिबंधों को प्रभावित कर सकते हैं। थर्मल प्रबंधन के तीन स्तरों पर विचार किया जाना है: पैकेज, सर्किट बोर्ड और सिस्टम
आईसी पैकेज में विशिष्ट गर्मी हस्तांतरण पथ
कम लागत, छोटा रूप कारक, मॉड्यूल एकीकरण और पैकेज विश्वसनीयता ऐसे कई पहलू हैं जिन पर पैकेज चुनते समय विचार करने की आवश्यकता होती है। जैसे-जैसे लागत एक महत्वपूर्ण विचार बन जाती है, लीड फ्रेम पर आधारित गर्मी अपव्यय वृद्धि पैकेज तेजी से लोकप्रिय हो रहे हैं।
इस तरह के पैकेज में एम्बेडेड हीट सिंक या एक्सपोज़्ड पैड और भिगोने वाले चिप प्रकार के पैकेज शामिल हैं, जो गर्मी अपव्यय प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। कुछ सरफेस माउंट पैकेज में, कुछ समर्पित लीड फ्रेम हीट स्प्रेडर के रूप में कार्य करने के लिए पैकेज के प्रत्येक तरफ कई लीड्स को वेल्ड करते हैं। यह विधि डाई पैड के गर्मी हस्तांतरण के लिए एक बेहतर गर्मी अपव्यय पथ प्रदान करती है।
2. आईसी और पैकेज गर्मी लंपटता सिमुलेशन
थर्मल विश्लेषण के लिए विस्तृत और सटीक सिलिकॉन चिप उत्पाद मॉडल और आवास थर्मल गुणों की आवश्यकता होती है। सेमीकंडक्टर आपूर्तिकर्ता सिलिकॉन चिप आईसी गर्मी लंपटता यांत्रिक गुण और पैकेजिंग प्रदान करते हैं, जबकि उपकरण निर्माता मॉड्यूल सामग्री के बारे में जानकारी प्रदान करते हैं। उत्पाद उपयोगकर्ता उपयोग पर्यावरण के बारे में जानकारी प्रदान करते हैं।
यह विश्लेषण आईसी डिजाइनरों को क्षणिक और स्थिर ऑपरेटिंग मोड में सबसे खराब स्थिति में बिजली की खपत के लिए पावर एफईटी के आकार को अनुकूलित करने में मदद करता है। कई पावर इलेक्ट्रॉनिक आईसी में, पावर एफईटी डाई क्षेत्र के काफी हिस्से पर कब्जा कर लेता है। थर्मल विश्लेषण डिजाइनरों को उनके डिजाइन को अनुकूलित करने में मदद करता है।
चयनित पैकेज आमतौर पर सिलिकॉन चिप से हीट सिंक तक कम गर्मी अपव्यय प्रतिबाधा पथ प्रदान करने के लिए धातु के हिस्से को उजागर करता है। मॉडल के लिए आवश्यक प्रमुख पैरामीटर इस प्रकार हैं:
सिलिकॉन चिप आकार पहलू अनुपात और चिप मोटाई।
बिजली उपकरण का क्षेत्र और स्थान, और कोई भी सहायक ड्राइव सर्किट जो गर्मी उत्पन्न करता है।
बिजली आपूर्ति संरचना की मोटाई (सिलिकॉन चिप में फैलाव)।
डाई कनेक्शन का क्षेत्र और मोटाई जहां सिलिकॉन चिप उजागर धातु पैड या धातु के धक्कों से जुड़ा होता है। डाई कनेक्शन सामग्री के वायु अंतराल का प्रतिशत शामिल हो सकता है।
उजागर धातु पैड या धातु के धक्कों के जंक्शन का क्षेत्र और मोटाई।
मोल्ड सामग्री और कनेक्शन लीड के पैकेज आकार का उपयोग करें।
मॉडल में प्रयुक्त प्रत्येक सामग्री की तापीय चालकता गुण प्रदान किए जाने चाहिए। इस डेटा इनपुट में सभी ऊष्मा चालन गुणों में तापमान-निर्भर परिवर्तन भी शामिल हैं, जिनमें विशेष रूप से शामिल हैं:
सिलिकॉन चिप तापीय चालकता
डाई कनेक्शन, मोल्ड सामग्री की तापीय चालकता
धातु पैड या धातु धक्कों के जंक्शन पर तापीय चालकता।
पैकेज उत्पाद और पीसीबी के बीच बातचीत
गर्मी अपव्यय सिमुलेशन के सबसे महत्वपूर्ण मानकों में से एक पैड से गर्मी सिंक सामग्री के थर्मल प्रतिरोध को निर्धारित करना है। थर्मल प्रतिरोध निर्धारित करने के तरीके इस प्रकार हैं:
बहु-परत FR4 सर्किट बोर्ड (आमतौर पर चार-परत और छह-परत सर्किट बोर्ड का उपयोग किया जाता है)
सिंगल-एंडेड सर्किट बोर्ड
ऊपर और नीचे सर्किट बोर्ड
विभिन्न कार्यान्वयन विधियों के अनुसार गर्मी अपव्यय और थर्मल प्रतिरोध पथ भिन्न होते हैं:
फलाव के जंक्शन पर आंतरिक गर्मी सिंक पैनल या गर्मी अपव्यय छेद के गर्मी अपव्यय पैड से कनेक्ट करें। पीसीबी की ऊपरी परत से उजागर थर्मल पैड या बम्प कनेक्शन को जोड़ने के लिए सोल्डर का उपयोग करें।
एक्सपोज्ड थर्मल पैड या बम्प कनेक्शन के नीचे पीसीबी पर एक ओपनिंग, जिसे मॉड्यूल's मेटल केसिंग से जुड़े विस्तारित हीट सिंक बेस से जोड़ा जा सकता है।
धातु के खोल के पीसीबी के ऊपर या नीचे तांबे की परत पर हीट सिंक को हीट सिंक से जोड़ने के लिए धातु के शिकंजे का उपयोग करें। पीसीबी की ऊपरी परत से उजागर थर्मल पैड या बम्प कनेक्शन को जोड़ने के लिए सोल्डर का उपयोग करें।
इसके अलावा, पीसीबी की प्रत्येक परत पर प्रयुक्त कॉपर प्लेटिंग का वजन या मोटाई बहुत महत्वपूर्ण है। थर्मल प्रतिरोध विश्लेषण के संदर्भ में, उजागर पैड या धक्कों से जुड़ी परतें इस पैरामीटर से सीधे प्रभावित होती हैं। सामान्यतया, ये एक बहुपरत मुद्रित सर्किट बोर्ड में शीर्ष, हीट सिंक और नीचे की परतें हैं।
अधिकांश अनुप्रयोगों में, यह दो-औंस तांबा (2 औंस तांबा=2.8 मिलियन या 71 माइक्रोन) बाहरी परत, और 1-औंस तांबा (1 औंस तांबा=1.4 मिलियन या 35 माइक्रोन) आंतरिक परत, या सभी हो सकता है। 1 औंस भारी तांबे की परत। उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स अनुप्रयोगों में, कुछ अनुप्रयोग तांबे के 0.5 औंस (तांबा के 0.5 औंस=0.7 मिलियन या 18 माइक्रोन) परत का भी उपयोग करते हैं।
