Raffreddamento di potenza per ottimizzare le prestazioni e i costi del circuito
La simulazione termica è una parte importante dello sviluppo di prodotti energetici e della fornitura di linee guida sui materiali di prodotto. L'ottimizzazione delle dimensioni del modulo è la tendenza di sviluppo della progettazione di apparecchiature terminali, che porta alla conversione della gestione della dissipazione del calore dal dissipatore di calore metallico allo strato di rame PCB. Alcuni moduli oggi utilizzano frequenze di commutazione più basse per alimentatori a commutazione e componenti passivi di grandi dimensioni. Per la conversione di tensione e la corrente di quiescenza che azionano il circuito interno, l'efficienza del regolatore lineare è relativamente bassa.
Man mano che le funzioni diventano più abbondanti, le prestazioni diventano sempre più elevate e il design del dispositivo diventa sempre più compatto. In questo momento, la simulazione della dissipazione del calore a livello di IC e di sistema diventa molto importante.
La temperatura dell'ambiente di lavoro di alcune applicazioni è compresa tra 70 e 125 °C e la temperatura di alcune applicazioni automobilistiche di dimensioni ridotte è anche di 140 °C. Per queste applicazioni, il funzionamento ininterrotto del sistema è molto importante. Quando si ottimizzano i progetti elettronici, l'analisi termica accurata in scenari transitori e statici nel peggiore dei casi per i due tipi di applicazioni di cui sopra sta diventando sempre più importante.
I percorsi di dissipazione del calore e resistenza termica sono diversi in base ai diversi metodi di implementazione: i pad di dissipazione del calore collegati al pannello interno del dissipatore di calore o i fori di dissipazione del calore alla giunzione delle sporgenze. Utilizzare la saldatura per collegare il pad termico esposto o la connessione bump allo strato superiore del PCB. Un'apertura sul PCB sotto il pad termico esposto o la connessione bump, che può essere collegata alla base estesa del dissipatore di calore collegata all'involucro metallico del modulo. Utilizzare viti metalliche per collegare il dissipatore di calore al dissipatore di calore sullo strato di rame superiore o inferiore del PCB del guscio metallico. Utilizzare la saldatura per collegare il pad termico esposto o la connessione bump allo strato superiore del PCB. Inoltre, il peso o lo spessore della placcatura in rame utilizzata su ciascuno strato del PCB è molto critico. In termini di analisi della resistenza termica, gli strati collegati ai cuscinetti o agli urti esposti sono direttamente interessati da questo parametro. In generale, questi sono gli strati superiore, dissipatore di calore e inferiore in un circuito stampato multistrato. Nella maggior parte delle applicazioni, può essere uno strato esterno di rame da due once (2 once di rame = 2,8 mils o 71 μm) e uno strato interno di rame da 1 oncia (1 oncia di rame = 1,4 mils o 35 μm), o tutti sono 1 oncia di strato rivestito di rame pesante. Nelle applicazioni di elettronica di consumo, alcune applicazioni utilizzano anche 0,5 once di rame (0,5 once di rame = 0,7 mils o 18 μm) di strato.
Dati del modello
La simulazione della temperatura dello stampo richiede un diagramma di layout IC, che include tutti i FET di potenza sullo stampo e le posizioni effettive conformi ai principi di imballaggio e saldatura.
Le dimensioni e le proporzioni di ciascun FET sono molto importanti per la distribuzione del calore. Un altro fattore importante da considerare è se i FET sono accesi contemporaneamente o in sequenza. L'accuratezza del modello dipende dai dati fisici e dalle proprietà del materiale utilizzato. L'analisi della potenza statica o media del modello richiede solo un breve tempo di calcolo e la convergenza si verifica una volta registrata la temperatura massima.
L'analisi transitoria richiede dati di confronto power-time. Abbiamo utilizzato una procedura analitica migliore rispetto alla custodia dell'alimentatore switching per registrare i dati per acquisire con precisione l'aumento della temperatura di picco durante gli impulsi di potenza veloci. Questo tipo di analisi richiede generalmente molto tempo e richiede più dati in ingresso rispetto alla simulazione di potenza statica.
Questo modello può simulare i pori epossidici nell'area di connessione dello stampo o i pori di placcatura del dissipatore di calore PCB. In entrambi i casi, i pori epossidici/ placcanti influenzeranno la resistenza termica della confezione.
La simulazione termica è una parte importante dello sviluppo di prodotti energetici. Inoltre, può anche guidarti a impostare i parametri di resistenza termica, coprendo l'intera gamma dalla giunzione FET del chip di silicio all'implementazione di vari materiali nel prodotto. Una volta compresi i diversi percorsi di resistenza termica, possiamo ottimizzare molti sistemi per tutte le applicazioni.
Questi dati possono anche essere utilizzati per determinare la correlazione tra il fattore di declassamento e l'aumento della temperatura ambiente di esercizio. Questi risultati possono essere utilizzati per aiutare i team di sviluppo del prodotto a sviluppare i loro progetti.
