Hoe circuitprestaties en kosten voor koeling van de voeding te optimaliseren

Wanneer de warmte van het productsysteem toeneemt, zal het energieverbruik van het systeem exponentieel toenemen, dus bij het ontwerpen van het voedingssysteem zal een oplossing met een hogere stroom worden gekozen, wat onvermijdelijk zal leiden tot hogere kosten. Op een gegeven moment stijgen de kosten exponentieel. Laat me een artikel met u delen over het ontwerpen en simuleren van voedingkoeling.

Thermische simulatie is een belangrijk onderdeel van het ontwikkelen van energieproducten en het geven van richtlijnen voor productmaterialen. Het optimaliseren van de modulevormfactor is een ontwikkelingstrend in het ontwerp van eindapparatuur, wat het probleem met zich meebrengt van het overschakelen van metalen koellichamen naar thermisch beheer van PCB-koperlagen. Sommige van de huidige modules gebruiken lagere schakelfrequenties voor schakelende voedingen en grote passieve componenten. Lineaire regelaars zijn minder efficiënt voor spanningstranslatie en ruststromen die interne circuits aandrijven.

Naarmate apparaatontwerpen meer functies bevatten, prestatieverbeterende en apparaatontwerpen compacter worden, wordt thermische simulatie op IC-niveau en systeemniveau van cruciaal belang.

Sommige toepassingen werken bij omgevingstemperaturen van 70 tot 125 graden, en sommige toepassingen in de auto-industrie kunnen temperaturen bereiken van wel 140 graden, waarbij een ononderbroken werking van het systeem belangrijk is. Nauwkeurige tijdelijke en statische thermische analyse in het slechtste geval voor beide soorten toepassingen wordt steeds belangrijker bij het optimaliseren van elektronische ontwerpen.

Thermisch beheer

De uitdaging van thermisch beheer is om de pakketgrootte te verkleinen en tegelijkertijd hogere thermische prestaties, hogere omgevingstemperatuur en een lager budget voor koperen thermische lagen te bereiken. Hoge verpakkingsefficiëntie zal resulteren in een hoge concentratie van warmtegenererende componenten, resulterend in extreem hoge warmtefluxen op IC- en pakketniveau.

Factoren waarmee rekening moet worden gehouden in het systeem zijn onder andere enkele andere voedingsapparaten met printplaten die van invloed kunnen zijn op de temperatuur van het analyseapparaat, de systeemruimte en het ontwerp/beperkingen van de luchtstroom. Er zijn drie factoren waarmee rekening moet worden gehouden bij thermisch beheer: pakket, bord en systeem

Lage kosten, kleine vormfactor, module-integratie en pakketbetrouwbaarheid zijn enkele aspecten waarmee u rekening moet houden bij het kiezen van een pakket. Aangezien kosten een belangrijke overweging worden, winnen op leadframe gebaseerde thermisch verbeterde pakketten aan populariteit. Dit pakket bevat geïntegreerde koellichamen of pakketten van het type warmteverspreider die zijn ontworpen om de thermische prestaties te verbeteren. In sommige pakketten voor opbouwmontage hebben speciale leadframes verschillende leads die aan elke kant van het pakket zijn gefuseerd om als warmteverspreiders te fungeren. Deze benadering zorgt voor een beter pad voor warmtedissipatie voor warmteoverdracht vanaf het matrijskussen.

IC en thermische simulatie van pakketten

Thermische analyse vereist gedetailleerde en nauwkeurige productmodellen van siliciummatrijzen en thermische eigenschappen van de behuizing. Leveranciers van halfgeleiders bieden thermische mechanische eigenschappen en verpakking van silicium IC's, terwijl fabrikanten van apparatuur informatie verstrekken over modulematerialen. Productgebruikers verstrekken informatie over de gebruiksomgeving.

Deze analyse helpt IC-ontwerpers bij het optimaliseren van vermogens-FET-afmetingen voor de slechtste vermogensdissipatie in tijdelijke en rustige bedrijfsmodi. In veel vermogenselektronica-IC's nemen de vermogens-FET's een aanzienlijk deel van het chipgebied in beslag. Thermische analyse helpt ontwerpers hun ontwerpen te optimaliseren.

Het gekozen pakket legt meestal een deel van het metaal bloot om een ​​pad met lage thermische impedantie van de siliciumchip naar het koellichaam te bieden. De belangrijkste parameters die door het model worden vereist, zijn als volgt:

Hoogte-breedteverhouding en dikte van de matrijs van silicium.

Stroomgebied en locatie van het apparaat, en alle hulpstuurcircuits die warmte genereren.

Vermogensstructuurdikte (spreiding binnen de siliciumchip).

Het matrijsverbindingsgebied en de dikte waar de siliciummatrijs is verbonden met blootliggende metalen kussentjes of metalen bobbels. Kan het luchtspleetpercentage van het matrijsbevestigingsmateriaal bevatten.

Het gebied en de dikte van het blootliggende metalen kussentje of de metalen stootverbinding.

Verpakkingsgrootte met behulp van gietmateriaal en aansluitsnoeren.

De thermische geleidbaarheidseigenschappen voor elk materiaal dat in het model wordt gebruikt, zijn vereist. Deze gegevensinvoer omvat ook temperatuurafhankelijke veranderingen in alle warmteoverdrachtseigenschappen, waaronder:

Thermische geleidbaarheid van siliciumchips

Thermische geleidbaarheid van matrijsbevestiging, vormmateriaal

Thermische geleidbaarheid bij de aansluiting van metalen pads of metalen stoten.

Pakkettype (pakketproduct) en PCB-interactie

Een cruciale parameter voor thermische simulatie is het bepalen van de thermische weerstand van de pad naar het materiaal van het koellichaam, die op de volgende manieren kan worden bepaald:

Meerlaagse FR4-kaarten (vier- en zeslaagse kaarten komen vaak voor)

single-ended printplaat

Boven- en onderborden

Thermische en thermische weerstandspaden verschillen per implementatie:

Maak verbinding met thermische pads op het interne koellichaampaneel of thermische via's bij bump-aansluitingen. Gebruik soldeer om blootliggende thermische pads of stootverbindingen aan te sluiten op de bovenste laag van de printplaat.

Een opening in de printplaat onder de blootliggende thermische pad of stootverbinding die kan worden aangesloten op de basis van het uitstekende koellichaam dat is bevestigd aan de metalen behuizing van de module.

Gebruik metalen schroeven om het koellichaam aan het koellichaam op de bovenste of onderste koperlaag van de printplaat van de metalen behuizing te bevestigen. Gebruik soldeer om de blootgestelde thermische pad of stootverbinding aan te sluiten op de bovenste laag van de printplaat.

Ook het gewicht of de dikte van de koperen beplating die op elke laag van de printplaat wordt gebruikt, is van cruciaal belang. Voor thermische weerstandsanalyse worden lagen die verbonden zijn met blootgestelde pad- of stootverbindingen direct beïnvloed door deze parameter. Over het algemeen zijn dit de bovenste, koellichaam en onderste lagen in een meerlagige printplaat.

In de meeste toepassingen kan dit een twee ounce koper (2 ounce koper=2.8 mils of 71 µm) buitenlaag zijn en een 1 ounce koper (1 ounce koper=1.4 mils of 35 µm) binnenlaag, of alle Beide zijn 1 oz koperlagen. In toepassingen voor consumentenelektronica gebruiken sommigen zelfs {{10}}.5 oz koperlagen (0.5 oz koper=0.7 mils of 18 µm).

Modelgegevens

Het simuleren van de matrijstemperatuur vereist een IC-plattegrond met alle vermogens-FET's op de matrijs en hun daadwerkelijke locaties om te voldoen aan de richtlijnen voor het solderen van pakketten.

De grootte en beeldverhouding van elke FET is belangrijk voor thermische distributie. Een andere belangrijke factor om te overwegen is of de FET's gelijktijdig of opeenvolgend worden ingeschakeld. Modelnauwkeurigheid is afhankelijk van de gebruikte fysieke gegevens en materiaaleigenschappen.

Statische of gemiddelde vermogensanalyse van het model vereist een korte rekentijd en convergentie vindt plaats zodra de hoogste temperatuur is geregistreerd.

Tijdelijke analyse vereist gegevens over vermogen versus tijd. We hebben de gegevens geregistreerd met een betere resolutiestap dan de behuizing van de schakelende voeding om de piektemperatuurstijging tijdens snelle stroompulsen nauwkeurig vast te leggen. Deze analyse is doorgaans tijdrovend en vereist meer gegevensinvoer dan statische vermogenssimulaties.

Dit model simuleert leegtes in epoxy in het bevestigingsgebied van de matrijs, of leegtes in een PCB-koellichaam. In beide gevallen kunnen holtes in epoxy/plating de thermische weerstand van de verpakking beïnvloeden

Thermische simulatie is een belangrijk onderdeel van de ontwikkeling van energieproducten. Bovendien begeleidt het u bij het instellen van thermische weerstandsparameters, van de FET-junctie van de siliciumchip tot de implementatie van verschillende materialen in het product. Zodra de verschillende thermische weerstandspaden worden begrepen, kunnen veel systemen worden geoptimaliseerd voor alle toepassingen.

Sinda Thermal is een professionele thermische expert, we kunnen het geoptimaliseerde thermische ontwerp voor onze klanten bieden en de meest concurrerende prijs en koellichamen van hoge kwaliteit bieden voor de wereldwijde klanten. Als u thermische wensen heeft, neem dan gerust contact met ons op.