Leistungskühlung zur Optimierung der Schaltungsleistung und -kosten
Die thermische Simulation ist ein wichtiger Bestandteil der Entwicklung von Energieprodukten und der Bereitstellung von Produktmaterialrichtlinien. Die Optimierung der Größe des Moduls ist der Entwicklungstrend des Terminalgerätedesigns, der die Umwandlung des Wärmeableitungsmanagements vom Metallkühlkörper in die PCB-Kupferschicht bewirkt. Einige Module verwenden heute niedrigere Schaltfrequenzen für Schaltnetzteile und große passive Bauelemente. Für die Spannungsumwandlung und den Ruhestrom, der den internen Stromkreis antreibt, ist der Wirkungsgrad des Linearreglers relativ gering.
Wenn die Funktionen immer häufiger werden, wird die Leistung immer höher und das Gerätedesign wird immer kompakter. Zu diesem Zeitpunkt wird die Simulation der Wärmeableitung auf IC- und Systemebene sehr wichtig.
Die Arbeitsumgebungstemperatur einiger Anwendungen beträgt 70 bis 125 ° C, und die Temperatur einiger Automobilanwendungen in Die-Größe beträgt sogar bis zu 140 ° C. Für diese Anwendungen ist der unterbrechungsfreie Betrieb des Systems sehr wichtig. Bei der Optimierung elektronischer Designs wird eine genaue thermische Analyse unter transienten und statischen Worst-Case-Szenarien für die beiden oben genannten Arten von Anwendungen immer wichtiger.
Die Wärmeableitungs- und Wärmewiderstandspfade unterscheiden sich je nach Implementierungsmethoden: Die wärmeableitenden Pads, die mit der internen Kühlkörperplatte verbunden sind, oder die Wärmeableitungslöcher an der Verbindung der Vorsprünge. Verwenden Sie Lot, um das freiliegende Wärmeleitpad oder die Bump-Verbindung mit der obersten Schicht der Leiterplatte zu verbinden. Eine Öffnung auf der Leiterplatte unterhalb des freiliegenden Wärmeleitpads oder der Bump-Verbindung, die mit der verlängerten Kühlkörperbasis verbunden werden kann, die mit dem Metallgehäuse des Moduls verbunden ist. Verwenden Sie Metallschrauben, um den Kühlkörper mit dem Kühlkörper auf der oberen oder unteren Kupferschicht der Leiterplatte der Metallhülle zu verbinden. Verwenden Sie Lot, um das freiliegende Wärmeleitpad oder die Bump-Verbindung mit der obersten Schicht der Leiterplatte zu verbinden. Darüber hinaus ist das Gewicht oder die Dicke der Verkupferung, die auf jeder Schicht der Leiterplatte verwendet wird, sehr kritisch. In Bezug auf die thermische Widerstandsanalyse sind die Schichten, die mit den freiliegenden Pads oder Beulen verbunden sind, direkt von diesem Parameter betroffen. Im Allgemeinen sind dies die oberen, Kühlkörper- und unteren Schichten in einer mehrschichtigen Leiterplatte. In den meisten Anwendungen kann es sich um eine Außenschicht mit zwei Unzen Kupfer (2 Unzen Kupfer = 2,8 Mils oder 71 μm) und eine Innenschicht mit 1 Unze Kupfer (1 Unze Kupfer = 1,4 Mils oder 35 μm) handeln, oder alle sind 1 Unze schwere kupferummantelte Schicht. In Anwendungen der Unterhaltungselektronik verwenden einige Anwendungen sogar eine Schicht von 0,5 Unzen Kupfer (0,5 Unzen Kupfer = 0,7 mils oder 18 μm).
Modelldaten
Die Simulation der Die-Temperatur erfordert ein IC-Layoutdiagramm, das alle Leistungs-FETs auf dem Chip und die tatsächlichen Positionen enthält, die den Verpackungs- und Lötprinzipien entsprechen.
Die Größe und das Seitenverhältnis jedes FET sind sehr wichtig für die Wärmeverteilung. Ein weiterer wichtiger zu berücksichtigender Faktor ist, ob die FETs gleichzeitig oder sequentiell eingeschaltet werden. Die Genauigkeit des Modells hängt von den verwendeten physikalischen Daten und Materialeigenschaften ab. Die statische oder durchschnittliche Leistungsanalyse des Modells erfordert nur eine kurze Berechnungszeit, und die Konvergenz tritt auf, sobald die maximale Temperatur aufgezeichnet wurde.
Die Transientenanalyse erfordert Leistungs-Zeit-Vergleichsdaten. Wir haben ein besseres Analyseverfahren als das Schaltnetzteil verwendet, um die Daten aufzuzeichnen, um den Spitzentemperaturanstieg während schneller Leistungsimpulse genau zu erfassen. Diese Art der Analyse ist im Allgemeinen zeitaufwändig und erfordert mehr Dateneingabe als die statische Leistungssimulation.
Dieses Modell kann die Epoxidporen im Die-Verbindungsbereich oder die Beschichtungsporen des PCB-Kühlkörpers simulieren. In beiden Fällen beeinflussen Epoxid-/Beschichtungsporen den Wärmewiderstand der Verpackung.
Die thermische Simulation ist ein wichtiger Bestandteil der Entwicklung von Energieprodukten. Darüber hinaus kann es Sie auch bei der Einstellung der thermischen Widerstandsparameter unterstützen, die den gesamten Bereich vom Siliziumchip-FET-Übergang bis zur Implementierung verschiedener Materialien im Produkt abdecken. Sobald wir die verschiedenen thermischen Widerstandspfade verstanden haben, können wir viele Systeme für alle Anwendungen optimieren.
Diese Daten können auch verwendet werden, um die Korrelation zwischen dem Derating-Faktor und dem Anstieg der Betriebstemperatur in der Umgebung zu bestimmen. Diese Ergebnisse können verwendet werden, um Produktentwicklungsteams bei der Entwicklung ihrer Designs zu unterstützen.
