Tehojäähdytys piirin suorituskyvyn ja kustannusten optimoimiseksi
Lämpösimulaatio on tärkeä osa voimatuotteiden kehittämistä ja tuotemateriaaliohjeiden antamista. Moduulin koon optimointi on päätelaitteiden suunnittelun kehityssuuntaus, joka johtaa lämmönpoiston hallinnan muuntamiseen metallisesta jäähdytyselementistä PIIRILEVYN kuparikerrokseksi. Joissakin moduuleissa käytetään nykyään pienempiä kytkentätaajuuksia kytkintilan virtalähteihin ja suuriin passiiviseen komponenttiin. Sisäistä piiriä ohjaavan jännitteen muuntamisen ja kääntymisvirran osalta lineaarisen säätimen tehokkuus on suhteellisen alhainen.
Kun toiminnot tulevat runsaammiksi, suorituskyky kasvaa ja laitteen muotoilu muuttuu yhä kompaktimmaksi. Tällä hetkellä IC-tason ja järjestelmätason lämmönpoistosimulaatiosta tulee erittäin tärkeä.
Joidenkin sovellusten työympäristön lämpötila on 70–125 °C, ja joidenkin die-size-autojen käyttökohteiden lämpötila on jopa 140 °C. Näissä sovelluksissa järjestelmän keskeytymätön toiminta on erittäin tärkeää. Elektronisia malleja optimoitaessa on yhä tärkeämpää, että tarkat lämpöanalyysit ohimenevissä ja staattisissa pahimmillaan skenaarioissa ovat yhä tärkeämpiä.
Lämmönpoisto- ja lämmönkestävyysreitit ovat erilaisia eri toteutusmenetelmien mukaan: sisäiseen jäähdytyselementtiin kytketyt lämmönpoistotyynyt tai ulkonemien risteyksen lämmönpoistoreiät. Liitä paljaalle lämpötyyny tai iskuliitäntä piirilevyn yläkerrokseen juottimella. Piirilevyn aukko paljaan lämpötyynyn tai iskuliitännän alapuolella, joka voidaan liittää moduulin metallikoteloon liitettyyn laajennettuun jäähdytyselementtiin. Liitä jäähdytyselementti metallikuoren piirilevyn ylä- tai alaosassa olevaan jäähdytyselementtiin metalliruuveilla. Liitä paljaalle lämpötyyny tai iskuliitäntä piirilevyn yläkerrokseen juottimella. Lisäksi piirilevyn jokaisessa kerroksessa käytetyn kuparipinnoituksen paino tai paksuus on erittäin kriittinen. Lämpövastusanalyysin osalta tämä parametri vaikuttaa suoraan paljaisiin tyynyihin tai kuoppiin liitettyihin kerroksiin. Yleisesti ottaen nämä ovat monikerroksisen piirilevyn ylä-, jäähdytyselementti- ja alakerrokset. Useimmissa sovelluksissa se voi olla kahden unssin kupari (2 unssia kuparia = 2,8 mils tai 71 μm) ulkokerros ja 1 unssin kupari (1 unssi kupari = 1,4 milssiä tai 35 μm) sisäkerros, tai kaikki ovat 1 unssi raskas kupariverhoiltu kerros. Kulutuselektroniikkasovelluksissa joissakin sovelluksissa käytetään jopa 0,5 unssia kuparia (0,5 unssia kuparia = 0,7 miljoonaa tai 18 μm) kerrosta.
Mallin tiedot
Muottilämpötilan simulointi edellyttää IC-asettelukaaviota, joka sisältää kaikki muotin teho-FET:t ja pakkaus- ja juotosperiaatteiden mukaiset todelliset asennot.
Kunkin FET:n koko ja kuvasuhde ovat erittäin tärkeitä lämmönjaon kannalta. Toinen tärkeä huomioon otettava tekijä on se, toimivatko FET-säännöstöt samanaikaisesti vai peräkkäin. Mallin tarkkuus riippuu käytetyistä fyysisistä tiedoista ja materiaaliominaisuuksista. Mallin staattinen tai keskimääräinen tehoanalyysi vaatii vain lyhyen laskenta-ajan, ja lähentyminen tapahtuu, kun enimmäislämpötila on tallennettu.
Ohimenevä analyysi edellyttää tehon ja ajan vertailutietoja. Käytimme parempaa analyysimenettelyä kuin kytkentävirtakotelo tallentaaksemme tiedot, jotta huippulämpötilan nousu voidaan kaapata tarkasti nopeiden virtapulssien aikana. Tämäntyyppinen analyysi on yleensä aikaa vievää ja vaatii enemmän tietojen syöttämistä kuin staattisen tehosimuloinnin.
Tämä malli voi simuloida epoksihuokosia muottiliitäntäalueella tai PCB-jäähdytyselementin pinnoitushuokosia. Molemmissa tapauksissa epoksi-/pinnoitushuokoset vaikuttavat pakkauksen lämmönkestävyyteen.
Lämpösimulaatio on tärkeä osa voimatuotteiden kehittämistä. Lisäksi se voi myös opastaa sinua asettamaan lämmönkestävyysparametrit, jotka kattavat koko alueen piisiru FET-risteyksestä tuotteen eri materiaalien käyttöönottoon. Kun ymmärrämme erilaiset lämmönkestävyysreitit, voimme optimoida monia järjestelmiä kaikkiin sovelluksiin.
Näitä tietoja voidaan käyttää myös derating-tekijän ja ympäristön käyttölämpötilan nousun välisen korrelaation määrittämiseen. Näiden tulosten avulla tuotekehitystiimit voivat kehittää mallejaan.
