Kā optimizēt ķēdes veiktspēju un izmaksas barošanas avota dzesēšanai

Palielinoties produkta sistēmas siltumam, sistēmas jaudas patēriņš pieaugs eksponenciāli, tāpēc, projektējot energosistēmu, tiks izvēlēts risinājums ar lielāku strāvu, kas neizbēgami radīs izmaksu pieaugumu. Noteiktā brīdī izmaksas pieaug eksponenciāli. Ļaujiet man dalīties ar jums rakstā par barošanas avota dzesēšanas dizainu un simulāciju.

Termiskā simulācija ir svarīga enerģijas produktu izstrādes un produktu materiālu vadlīniju sniegšanas sastāvdaļa. Moduļu formas faktora optimizēšana ir attīstības tendence gala iekārtu projektēšanā, kas rada problēmu, pārejot no metāla siltuma izlietnēm uz PCB vara slāņa siltuma pārvaldību. Daži no mūsdienu moduļiem izmanto zemākas pārslēgšanas frekvences slēdžu režīma barošanas blokiem un lieliem pasīvajiem komponentiem. Lineārie regulatori ir mazāk efektīvi sprieguma pārveidošanai un miera strāvām, kas vada iekšējās ķēdes.

Ierīču dizainiem kļūstot ar funkcijām bagātākiem, veiktspēju uzlabojošiem un ierīču dizainiem kompaktākiem, termiskā simulācija IC līmenī un sistēmas līmenī kļūst kritiska.

Dažas lietojumprogrammas darbojas apkārtējās vides temperatūrā no 70 līdz 125 grādiem, un dažas automobiļu lietojumprogrammas var sasniegt pat 140 grādu temperatūru, kur ir svarīga nepārtraukta sistēmas darbība. Precīza pārejoša un statiska sliktākā gadījuma termiskā analīze abiem lietojumu veidiem kļūst arvien svarīgāka, optimizējot elektroniskos dizainus.

Termiskā vadība

Siltuma pārvaldības uzdevums ir samazināt iepakojuma izmēru, vienlaikus panākot augstāku siltuma veiktspēju, augstāku darba apkārtējās vides temperatūru un mazāku budžetu vara termiskajiem slāņiem. Augsta iepakošanas efektivitāte radīs augstu siltumu ģenerējošo komponentu koncentrāciju, kā rezultātā IC un iepakojuma līmenī būs ārkārtīgi lielas siltuma plūsmas.

Faktori, kas jāņem vērā sistēmā, ietver dažas citas iespiedshēmas plates barošanas ierīces, kas var ietekmēt analīzes ierīces temperatūru, sistēmas telpu un gaisa plūsmas dizainu/ierobežojumus. Siltuma pārvaldībā jāņem vērā trīs faktori: iepakojums, dēlis un sistēma

Zemas izmaksas, mazs formas faktors, moduļu integrācija un pakotnes uzticamība ir daži aspekti, kas jāņem vērā, izvēloties pakotni. Tā kā izmaksas kļūst par galveno apsvērumu, uz svina ietvariem balstītas termiski uzlabotas paketes kļūst arvien populārākas. Šajā komplektā ietilpst iegulta siltuma izlietne vai atklāts paliktnis un siltuma izkliedētāja tipa iepakojumi, kas paredzēti, lai uzlabotu siltuma veiktspēju. Dažos virsmas montāžas iepakojumos īpašiem svina rāmjiem ir vairāki vadi, kas ir savienoti katrā iepakojuma pusē, lai tie darbotos kā siltuma izplatītāji. Šī pieeja nodrošina labāku siltuma izkliedes ceļu siltuma pārnesei no presēšanas paliktņa.

IC un paketes termiskā simulācija

Termiskai analīzei ir nepieciešami detalizēti un precīzi silīcija presformu izstrādājumu modeļi un korpusa termiskās īpašības. Pusvadītāju piegādātāji nodrošina silīcija IC termiskās mehāniskās īpašības un iepakojumu, savukārt iekārtu ražotāji sniedz informāciju par moduļu materiāliem. Produkta lietotāji sniedz lietošanas vides informāciju.

Šī analīze palīdz IC dizaineriem optimizēt FET jaudas izmērus, lai nodrošinātu sliktākā gadījuma jaudas izkliedi pārejas un miera darbības režīmos. Daudzās jaudas elektronikas IC jaudas FET aizņem ievērojamu daļu no formas. Termiskā analīze palīdz dizaineriem optimizēt savus dizainus.

Izvēlētais iepakojums parasti pakļauj daļu metāla, lai nodrošinātu zemas termiskās pretestības ceļu no silīcija formas līdz siltuma izlietnei. Galvenie parametri, kas nepieciešami modelim, ir šādi:

Silīcija presformas izmēru proporcija un formas biezums.

Strāvas ierīces laukums un atrašanās vieta, kā arī visas papildu draivera ķēdes, kas rada siltumu.

Jaudas struktūras biezums (dispersija silīcija mikroshēmā).

Formas savienojuma laukums un biezums, kur silīcija presforma ir savienota ar atklātiem metāla paliktņiem vai metāla izciļņiem. Var ietvert piestiprināšanas materiāla gaisa spraugas procentuālo daudzumu.

Atklātā metāla paliktņa vai metāla izciļņa savienojuma laukums un biezums.

Iepakojuma izmērs, izmantojot formēšanas materiālu un savienojuma vadus.

Katram modelī izmantotajam materiālam ir nepieciešamas siltumvadītspējas īpašības. Šī datu ievade ietver arī no temperatūras atkarīgas izmaiņas visās siltuma pārneses īpašībās, tostarp:

Silīcija mikroshēmas siltumvadītspēja

Formas stiprinājuma, formēšanas materiāla siltumvadītspēja

Siltumvadītspēja pie metāla paliktņu vai metāla izciļņu savienojuma.

Iepakojuma veids (packageproduct) un PCB mijiedarbība

Termiskās simulācijas galvenais parametrs ir siltuma pretestības noteikšana no paliktņa līdz siltuma izlietnes materiālam, ko var noteikt šādos veidos:

Daudzslāņu FR4 dēļi (parasti ir četru un sešu slāņu dēļi)

viena gala shēmas plate

Augšējie un apakšējie dēļi

Termiskās un termiskās pretestības ceļi atšķiras atkarībā no ieviešanas:

Savienojiet ar termiskajiem spilventiņiem iekšējā dzesētāja panelī vai termiskām caurumiem pie izciļņa savienojumiem. Izmantojiet lodmetālu, lai savienotu atklātos termiskos paliktņus vai izciļņu savienojumus ar PCB augšējo slāni.

Atvērums PCB zem atklātā termiskā paliktņa vai izciļņa savienojuma, ko var savienot ar izvirzītās siltuma izlietnes pamatni, kas ir piestiprināta pie moduļa metāla korpusa.

Izmantojiet metāla skrūves, lai pievienotu siltuma izlietni siltuma izlietnei metāla korpusa PCB augšējā vai apakšējā vara slānī. Izmantojiet lodmetālu, lai savienotu atklāto termisko spilventiņu vai trieciena savienojumu ar PCB augšējo slāni.

Arī katrā PCB slānī izmantotā vara pārklājuma svars vai biezums ir kritisks. Termiskās pretestības analīzei šis parametrs tieši ietekmē slāņus, kas savienoti ar atklātajiem spilventiņu vai izciļņu savienojumiem. Vispārīgi runājot, tas ir daudzslāņu iespiedshēmas plates augšējais, siltuma izlietnes un apakšējais slānis.

Lielākajā daļā lietojumu tas var būt divu unču vara (2 unces vara=2,8 milces jeb 71 µm) ārējais slānis un 1 unce vara (1 unce vara=1,4 jūdzes jeb 35 µm) iekšējais slānis vai visi Abi ir 1 unces vara slāņi. Sadzīves elektronikas lietojumprogrammās daži pat izmanto {{10}},5 unces vara (0,5 unces vara=0,7 milj vai 18 µm) slāņus.

Modeļa dati

Lai modelētu presformas temperatūru, ir nepieciešams IC grīdas plāns, kas ietver visus jaudas FET uz matricas un to faktiskās atrašanās vietas, lai atbilstu iepakojuma lodēšanas vadlīnijām.

Katra FET izmērs un malu attiecība ir svarīga siltuma sadalījumam. Vēl viens svarīgs faktors, kas jāņem vērā, ir tas, vai FET tiek ieslēgti vienlaicīgi vai secīgi. Modeļa precizitāte ir atkarīga no izmantotajiem fiziskajiem datiem un materiāla īpašībām.

Modeļa statiskās vai vidējās jaudas analīzei ir nepieciešams īss aprēķina laiks, un konverģence notiek, kad tiek reģistrēta augstākā temperatūra.

Pārejošas analīzes veikšanai nepieciešami jaudas un laika dati. Mēs ierakstījām datus, izmantojot labāku izšķirtspējas soli nekā komutācijas barošanas avota gadījumā, lai precīzi fiksētu maksimālās temperatūras pieaugumu ātru jaudas impulsu laikā. Šī analīze parasti ir laikietilpīga un prasa vairāk datu ievades nekā statiskās jaudas simulācijas.

Šis modelis imitē epoksīda tukšumus veidņu pievienošanas zonā vai apšuvuma tukšumus PCB radiatorā. Abos gadījumos epoksīda/pārklājuma tukšumi var ietekmēt iepakojuma termisko pretestību

Termiskā simulācija ir svarīga enerģijas produktu izstrādes sastāvdaļa. Turklāt tas palīdz iestatīt termiskās pretestības parametrus, sākot no silīcija mikroshēmas FET savienojuma līdz dažādu materiālu ieviešanai izstrādājumā. Kad ir izprasti dažādi termiskās pretestības ceļi, daudzas sistēmas var optimizēt visiem lietojumiem.

Sinda Thermal ir profesionāls siltuma eksperts, mēs varam nodrošināt optimizētu siltuma dizainu saviem klientiem un piedāvāt viskonkurētspējīgāko cenu un lieliskas kvalitātes siltuma izlietnes globālajiem klientiem. Ja jums ir kādas termiskās prasības, lūdzu, sazinieties ar mums.