ഉയർന്ന ദക്ഷതയുള്ള MOSFET ടോപ്പ് ഹീറ്റ് ഡിസ്സിപ്പേഷൻ പാക്കേജിന്റെ വിശദമായ വിശദീകരണം

പവർ ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന മിക്ക MOSFET-കളും സർഫേസ് മൗണ്ട് ഉപകരണങ്ങളാണ് (SMD), ഇതിൽ SO8FL, u8FL, LFPAK പോലുള്ള പാക്കേജുകളും ഉൾപ്പെടുന്നു. ഈ SMD-കൾ സാധാരണയായി തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നതിന്റെ കാരണം അവയ്ക്ക് നല്ല പവർ ശേഷിയും ചെറിയ വലുപ്പവുമുണ്ട് എന്നതാണ്, ഇത് കൂടുതൽ ഒതുക്കമുള്ള പരിഹാരങ്ങൾ നേടാൻ സഹായിക്കുന്നു. ഈ ഉപകരണങ്ങൾക്ക് നല്ല പവർ ശേഷികൾ ഉണ്ടെങ്കിലും, ചിലപ്പോൾ താപ വിസർജ്ജന പ്രഭാവം അനുയോജ്യമല്ല.

ഉപകരണത്തിന്റെ ലെഡ് ഫ്രെയിം (തുറന്ന ഡ്രെയിൻ പാഡുകൾ ഉൾപ്പെടെ) ചെമ്പ് പൂശിയ ഭാഗത്തേക്ക് നേരിട്ട് സോൾഡറിംഗ് ചെയ്യുന്നതിനാൽ, പ്രധാനമായും പിസിബി വഴിയാണ് താപം കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുന്നത്. ഉപകരണത്തിന്റെ ബാക്കി ഭാഗം പ്ലാസ്റ്റിക് പാക്കേജിംഗിൽ ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നതിനാൽ വായു സംവഹനത്തിലൂടെ മാത്രമേ താപം പുറന്തള്ളാൻ കഴിയൂ. അതിനാൽ, താപ കൈമാറ്റ കാര്യക്ഷമത പ്രധാനമായും സർക്യൂട്ട് ബോർഡിന്റെ സവിശേഷതകളെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു: ചെമ്പ് കോട്ടിംഗ് ഏരിയയുടെ വലുപ്പം, പാളികളുടെ എണ്ണം, കനം, ലേഔട്ട്. സർക്യൂട്ട് ബോർഡ് ഹീറ്റ് സിങ്കിൽ ഇൻസ്റ്റാൾ ചെയ്തിട്ടുണ്ടോ ഇല്ലയോ എന്നത് പരിഗണിക്കാതെ തന്നെ ഈ സാഹചര്യം സംഭവിക്കാം. പിസിബികൾക്ക് സാധാരണയായി ഉയർന്ന താപ ചാലകതയും താപ പിണ്ഡവും ഇല്ലാത്തതിനാൽ സാധാരണ ഉപകരണങ്ങളുടെ പരമാവധി പവർ ശേഷി ഒപ്റ്റിമൽ ലെവലിൽ എത്താൻ കഴിയില്ല. ഈ പ്രശ്നം പരിഹരിക്കുന്നതിനും ആപ്ലിക്കേഷൻ വലുപ്പം കുറയ്ക്കുന്നതിനുമായി, പാക്കേജിന്റെ മുകളിലുള്ള MOSFET ലെഡ് ഫ്രെയിം (ഡ്രെയിൻ) തുറന്നുകാട്ടുന്ന ഒരു പുതിയ MOSFET പാക്കേജ് വ്യവസായം വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട് (ചിത്രം 1 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ).

ചിത്രം 1 ടോപ്പ് ഹീറ്റ് ഡിസ്സിപ്പേഷൻ പാക്കേജ്

1、 ഉയർന്ന താപ വിസർജ്ജനത്തിന്റെ ലേഔട്ട് ഗുണങ്ങൾ

മിനിയേച്ചറൈസേഷൻ പരിഹാരങ്ങൾ നേടുന്നതിന് പരമ്പരാഗത പവർ SMD പ്രയോജനകരമാണെങ്കിലും, താപ വിസർജ്ജന പരിഗണനകൾ കാരണം സർക്യൂട്ട് ബോർഡിന്റെ പിൻഭാഗത്ത് മറ്റ് ഘടകങ്ങളൊന്നും സ്ഥാപിക്കരുതെന്ന് അവർ ആവശ്യപ്പെടുന്നു. സർക്യൂട്ട് ബോർഡിലെ കുറച്ച് സ്ഥലം ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയില്ല, ഇത് അന്തിമ സർക്യൂട്ട് ബോർഡിന്റെ മൊത്തത്തിലുള്ള വലുപ്പം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് കാരണമാകുന്നു. മുകളിലെ ഹീറ്റ് സിങ്ക് ഘടകത്തിന് ഈ പ്രശ്നം മറികടക്കാൻ കഴിയും: അതിന്റെ താപ വിസർജ്ജനം ഉപകരണത്തിന്റെ മുകളിലൂടെയാണ് നടത്തുന്നത്. ഈ രീതിയിൽ, MOSFET ന് താഴെയുള്ള ബോർഡിൽ ഘടകങ്ങൾ സ്ഥാപിക്കാൻ കഴിയും.

ഈ സ്ഥലം താഴെ പറയുന്ന ഘടകങ്ങൾ ക്രമീകരിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കാം (എന്നാൽ ഇവയിൽ മാത്രം പരിമിതപ്പെടുന്നില്ല):

പവർ ഉപകരണം

ഗേറ്റ് ഡ്രൈവ് സർക്യൂട്ട്

പിന്തുണയ്ക്കുന്ന ഘടകങ്ങൾ (കപ്പാസിറ്ററുകൾ, ബഫറുകൾ മുതലായവ)

നേരെമറിച്ച്, സർക്യൂട്ട് ബോർഡിന്റെ വലുപ്പം കുറയ്ക്കാനും ഗേറ്റ് ഡ്രൈവ് സിഗ്നലുകളുടെ പാത കുറയ്ക്കാനും കൂടുതൽ അനുയോജ്യമായ ഒരു പരിഹാരം നേടാനും ഇതിന് കഴിയും.

ചിത്രം 2 PCB ഉപകരണ സ്ഥലം

സ്റ്റാൻഡേർഡ് SMD ഉപകരണങ്ങളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ടോപ്പ് ഹീറ്റ് സിങ്ക് ഘടകങ്ങൾ കൂടുതൽ ലേഔട്ട് സ്ഥലം നൽകുക മാത്രമല്ല, ഹീറ്റ് ഓവർലാപ്പ് കുറയ്ക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ടോപ്പ് ഹീറ്റ് ഡിസ്സിപ്പേഷൻ പാക്കേജിൽ നിന്നുള്ള മിക്ക ഹീറ്റ് പ്രൊപ്പഗേഷനും നേരിട്ട് ഹീറ്റ് സിങ്കിലേക്ക് പ്രവേശിക്കുന്നു, അതിനാൽ PCB കുറഞ്ഞ താപം വഹിക്കുന്നു. ചുറ്റുമുള്ള ഉപകരണങ്ങളുടെ പ്രവർത്തന താപനില കുറയ്ക്കാൻ സഹായിക്കുന്നു.

2, ഉയർന്ന താപ വിസർജ്ജനത്തിന്റെ താപ പ്രകടന നേട്ടം

പരമ്പരാഗത ഉപരിതല മൗണ്ട് MOSFET-കളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, മുകളിലെ ഹീറ്റ് ഡിസിപ്പേഷൻ പാക്കേജ് ഹീറ്റ് സിങ്കിനെ ഉപകരണത്തിന്റെ ലീഡ് ഫ്രെയിമുമായി നേരിട്ട് ബന്ധിപ്പിക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു. ലോഹങ്ങളുടെ ഉയർന്ന താപ ചാലകത കാരണം, ഹീറ്റ് സിങ്ക് വസ്തുക്കൾ സാധാരണയായി ലോഹങ്ങൾ കൊണ്ടാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്. ഉദാഹരണത്തിന്, മിക്ക ഹീറ്റ് സിങ്കുകളും അലുമിനിയം കൊണ്ടാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്, 100-210 W/mk യിൽ താപ ചാലകതയുണ്ട്. PCB വഴിയുള്ള താപ ചാലകതയുടെ പരമ്പരാഗത രീതിയുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ഉയർന്ന താപ ചാലകത വസ്തുക്കളുടെ വഴിയുള്ള താപ ചാലകതയുടെ ഈ രീതി താപ പ്രതിരോധത്തെ വളരെയധികം കുറയ്ക്കുന്നു. താപ ചാലകതയും മെറ്റീരിയൽ വലുപ്പവും താപ പ്രതിരോധം നിർണ്ണയിക്കുന്ന പ്രധാന ഘടകങ്ങളാണ്. താപ പ്രതിരോധം കുറയുമ്പോൾ, താപ പ്രതികരണം മെച്ചപ്പെടും.

R θ=കേവല താപ പ്രതിരോധം

Δ X=താപപ്രവാഹത്തിന് സമാന്തരമായി പദാർത്ഥത്തിന്റെ കനം

A=താപപ്രവാഹത്തിന് ലംബമായുള്ള ക്രോസ്-സെക്ഷണൽ ഏരിയ

K=താപ ചാലകത

താപ ചാലകത മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനു പുറമേ, ഹീറ്റ് സിങ്കുകൾ കൂടുതൽ താപ പിണ്ഡവും നൽകുന്നു - ഇത് സാച്ചുറേഷൻ ഒഴിവാക്കാനോ വലിയ താപ സമയ സ്ഥിരാങ്കം നൽകാനോ സഹായിക്കുന്നു. മുകളിൽ ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന റേഡിയേറ്ററിന്റെ വലുപ്പം മാറ്റാൻ കഴിയുമെന്നതിനാലാണിത്. ഒരു നിശ്ചിത അളവിലുള്ള താപ ഊർജ്ജ ഇൻപുട്ടിന്, താപ പിണ്ഡം അല്ലെങ്കിൽ താപ ശേഷി നൽകിയിരിക്കുന്ന താപനില മാറ്റത്തിന് നേരിട്ട് ആനുപാതികമാണ്.

Cth=താപ ശേഷി, J/K

Q=താപ ഊർജ്ജം, J

Δ T=താപനില മാറ്റം, K

PCB-കൾക്ക് പലപ്പോഴും വ്യത്യസ്ത ലേഔട്ടുകൾ ഉണ്ടാകും, കൂടാതെ ചെമ്പ് ഫോയിലിന്റെ കനം കുറവാണെങ്കിൽ, അത് താപ പിണ്ഡം (താപ ശേഷി) കുറയുന്നതിനും മോശം താപ പ്രചാരണത്തിനും കാരണമാകും. ഈ ഘടകങ്ങളെല്ലാം സ്റ്റാൻഡേർഡ് സർഫസ് മൗണ്ട് MOSFET-കളെ ഉപയോഗ സമയത്ത് ഒപ്റ്റിമൽ താപ പ്രതികരണം നേടാൻ കഴിയാത്തതാക്കുന്നു. സിദ്ധാന്തത്തിൽ, ഉയർന്ന താപ പിണ്ഡത്തിലൂടെയും ഉയർന്ന താപ ചാലകത സ്രോതസ്സിലൂടെയും നേരിട്ട് താപം പുറന്തള്ളുന്നതിന്റെ ഗുണം മുകളിലെ താപ ഡിസ്സിപ്പേഷൻ പാക്കേജിനുണ്ട്, അതിനാൽ അതിന്റെ താപ പ്രതികരണം (Zth (℃/W)) മികച്ചതായിരിക്കും. ജംഗ്ഷൻ താപനിലയിലെ ഒരു നിശ്ചിത വർദ്ധനവിന് കീഴിൽ, മികച്ച താപ പ്രതികരണം ഉയർന്ന പവർ ഇൻപുട്ടിനെ പിന്തുണയ്ക്കും. ഈ രീതിയിൽ, അതേ MOSFET ചിപ്പിന്, ഉയർന്ന താപ ഡിസ്സിപ്പേഷൻ പാക്കേജിംഗ് ഉള്ള ചിപ്പുകൾക്ക് സ്റ്റാൻഡേർഡ് SMD പാക്കേജിംഗ് ഉള്ള ചിപ്പുകളേക്കാൾ ഉയർന്ന കറന്റും പവർ ശേഷിയും ഉണ്ടായിരിക്കും.

ചിത്രം 3 മുകളിലെ താപ വിസർജ്ജന പാക്കേജിന്റെയും (മുകളിൽ) SO8FL പാക്കേജിന്റെയും (താഴെ) താപ വിസർജ്ജന പാതകൾ.

3, താപ പ്രകടന താരതമ്യത്തിനായുള്ള ടെസ്റ്റ് സജ്ജീകരണം

ഉയർന്ന താപ വിസർജ്ജനത്തിന്റെ താപ പ്രകടന ഗുണങ്ങൾ തെളിയിക്കുന്നതിനും സാധൂകരിക്കുന്നതിനുമായി, ഒരേ താപ അതിർത്തി സാഹചര്യങ്ങളിൽ TCPAK57, SO8FL ഉപകരണങ്ങളുടെ ചിപ്പ് താപനില വർദ്ധനവും താപ പ്രതികരണവും താരതമ്യം ചെയ്തുകൊണ്ട് ഞങ്ങൾ പരിശോധനകൾ നടത്തി. ഫലപ്രാപ്തി ഉറപ്പാക്കാൻ, ഒരേ വൈദ്യുത സാഹചര്യങ്ങളിലും താപ അതിരുകളിലും രണ്ട് ഉപകരണങ്ങൾ പരീക്ഷിച്ചു. വ്യത്യാസം എന്തെന്നാൽ, TCPAK57 ന്റെ ഹീറ്റ് സിങ്ക് ഉപകരണത്തിന് മുകളിലായി ഇൻസ്റ്റാൾ ചെയ്തിട്ടുണ്ട്, അതേസമയം SO8FL ഉപകരണത്തിന്റെ ഹീറ്റ് സിങ്ക് PCB യുടെ അടിയിൽ, MOSFET ഏരിയയ്ക്ക് നേരിട്ട് താഴെയായി ഇൻസ്റ്റാൾ ചെയ്തിട്ടുണ്ട് (ചിത്രം 3). ഫീൽഡ് ആപ്ലിക്കേഷനുകളിലെ ഉപകരണത്തിന്റെ ഉപയോഗത്തിന്റെ പുനർനിർമ്മാണമാണിത്. പരീക്ഷണ കാലയളവിൽ, വ്യത്യസ്ത താപ അതിരുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ഏത് ഉപകരണ പാക്കേജിംഗ് ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യാനാകുമെന്ന് പരിശോധിക്കാൻ വ്യത്യസ്ത കനം താപ ഇന്റർഫേസ് മെറ്റീരിയലുകളും (TIM-കൾ) ഉപയോഗിച്ചു. മൊത്തത്തിലുള്ള പരിശോധന ഇനിപ്പറയുന്ന രീതിയിൽ നടത്തുന്നു: ഈ രണ്ട് ഉപകരണങ്ങളിലും ഒരു നിശ്ചിത വൈദ്യുതധാര (അതിനാൽ ഒരു നിശ്ചിത പവർ) പ്രയോഗിക്കുന്നു, തുടർന്ന് ഏത് ഉപകരണം മികച്ച പ്രകടനം കാഴ്ചവയ്ക്കുന്നുവെന്ന് നിർണ്ണയിക്കാൻ ജംഗ്ഷൻ താപനിലയിലെ മാറ്റം നിരീക്ഷിക്കുന്നു.

4, ഉപകരണ തിരഞ്ഞെടുപ്പും പിസിബി ലേഔട്ടും

ഉപകരണ തിരഞ്ഞെടുപ്പിന്റെ കാര്യത്തിൽ, ഓരോ പാക്കേജിലെയും MOSFET-കൾക്ക് ഒരേ ചിപ്പ് വലുപ്പമുണ്ട്, ഒരേ സാങ്കേതികവിദ്യയാണ് ഉപയോഗിക്കുന്നത്. ഒരു നിശ്ചിത വൈദ്യുതധാരയിൽ ഓരോ ഉപകരണത്തിനും ഒരേ വൈദ്യുതി ഉപഭോഗം ഉറപ്പാക്കാനും പാക്കേജ് തലത്തിൽ സ്ഥിരമായ താപ പ്രതികരണം ഉറപ്പാക്കാനുമാണ് ഇത്. ഈ രീതിയിൽ, അളന്ന താപ പ്രതികരണ വ്യത്യാസങ്ങൾ പാക്കേജിംഗ് വ്യത്യാസങ്ങൾ മൂലമാണെന്ന് നമുക്ക് ഉറപ്പിക്കാം. ഈ കാരണങ്ങളാൽ, ഞങ്ങൾ TCPAK57 ഉം SO8FL ഉം ഉപയോഗിക്കാൻ തിരഞ്ഞെടുത്തു. അവ അല്പം വ്യത്യസ്തമായ ക്ലാമ്പ്, ലെഡ് ഫ്രെയിം ഡിസൈനുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു, ഒന്ന് ലീഡുകളുള്ളതും (TCPAK57) ലീഡുകളില്ലാത്തതും (SO8FL). ഈ വ്യത്യാസങ്ങൾ ചെറുതാണെന്നും സ്ഥിരമായ താപ പ്രതികരണത്തിൽ കാര്യമായ സ്വാധീനം ചെലുത്തില്ലെന്നും അതിനാൽ അവ അവഗണിക്കാം. പാരാമീറ്ററുകൾ നൽകിയ ശേഷം, തിരഞ്ഞെടുത്ത ഉപകരണങ്ങൾ ഇപ്രകാരമാണ്:

NVMFS5C410N SO8FL പരിചയപ്പെടുത്തുന്നു

NVMJST0D9N04CTXG TCPAK57

മറ്റെല്ലാ തെർമൽ അതിരുകളും തുല്യമായി തുടരുന്നുവെന്ന് ഉറപ്പാക്കാൻ, SO8FL അല്ലെങ്കിൽ TCPAK57 പാക്കേജുകൾ ഉൾക്കൊള്ളുന്നതിനായി ഞങ്ങൾ രണ്ട് സമാന PCB-കൾ രൂപകൽപ്പന ചെയ്‌തു. PCB രൂപകൽപ്പനയിൽ 4 പാളികൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, ഓരോന്നിലും 1 ഔൺസ് ചെമ്പ് അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. വലുപ്പം 122 mm x 7 mm ആണ്. SO8FL ബോർഡിൽ ഡ്രെയിൻ പാഡിനെ സർക്യൂട്ട് ബോർഡിന്റെ മറ്റ് ചാലക പാളികളുമായി ബന്ധിപ്പിക്കുന്ന തെർമൽ വയാസ് ഇല്ല (ഇത് താപ വിസർജ്ജനത്തിന് ഏറ്റവും മികച്ചതല്ല); ഈ താരതമ്യ ക്രമീകരണത്തിൽ, ഏറ്റവും മോശം സാഹചര്യത്തിലുള്ള താപ വിസർജ്ജന സാഹചര്യമായി ഇത് ഉപയോഗിക്കാം.

ചിത്രം 5 പിസിബിയുടെ ഓരോ ലെയറും (ലെയർ 1 മുകളിൽ ഇടത് കോണിലും, ലെയർ 2 മുകളിൽ വലത് കോണിലും, ലെയർ 3 താഴെ ഇടത് കോണിലും, ലെയർ 4 താഴെ വലത് കോണിലും പ്രദർശിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു)

5, റേഡിയേറ്ററുകളും തെർമൽ ഇന്റർഫേസ് മെറ്റീരിയലുകളും (TIM)

പരീക്ഷണ പ്രക്രിയയിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഹീറ്റ് സിങ്ക് അലുമിനിയം കൊണ്ടാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്, പിസിബിയിൽ ഇൻസ്റ്റാൾ ചെയ്യുന്നതിനായി പ്രത്യേകം രൂപകൽപ്പന ചെയ്തിട്ടുള്ളതാണ്. 107mm × 144mm ഹീറ്റ് സിങ്ക് ലിക്വിഡ് കൂൾഡ് ആണ്, 35mm × 38mm ഹീറ്റ് ഡിസ്സിപ്പേഷൻ ഏരിയ MOSFET സ്ഥാനത്തിന് നേരിട്ട് താഴെയായി സ്ഥിതിചെയ്യുന്നു. റേഡിയേറ്ററിലൂടെ കടന്നുപോകുന്ന ദ്രാവകം വെള്ളമാണ്. ഫീൽഡ് ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ വെള്ളം സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു കൂളന്റാണ്. എല്ലാ പരീക്ഷണ സാഹചര്യങ്ങളിലും, ഫ്ലോ റേറ്റ് 0.5 gpm എന്ന നിശ്ചിത മൂല്യമായി സജ്ജീകരിച്ചിരിക്കുന്നു. റേഡിയേറ്ററിൽ നിന്ന് ജലവിതരണ സംവിധാനത്തിലേക്ക് താപം കൈമാറുന്നതിലൂടെ ജലത്തിന് അധിക താപ ശേഷി നൽകാൻ കഴിയും, ഇത് ഉപകരണ താപനില കുറയ്ക്കാൻ സഹായിക്കുന്നു.

ചിത്രം 6 ആപ്ലിക്കേഷൻ ക്രമീകരണങ്ങൾ

MOSFET ഇന്റർഫേസ് താപ വിസർജ്ജനം മികച്ച രീതിയിൽ പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുന്നതിന്, തെർമൽ ഗ്യാപ് ഫില്ലറുകൾ ഉപയോഗിക്കണം. ഇന്റർഫേസ് ഉപരിതലത്തിലെ സാധ്യതയുള്ള വൈകല്യങ്ങൾ നികത്താൻ ഇത് സഹായിക്കുന്നു. മോശം തെർമൽ കണ്ടക്ടർ എന്ന നിലയിൽ വായു, ഏതെങ്കിലും വായു വിടവിനൊപ്പം താപ പ്രതിരോധം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു. പരിശോധനയ്ക്കായി ഉപയോഗിക്കുന്ന TIM 4.5 W/mK താപ ചാലകതയുള്ള ബെർഗ്ക്വിസ്റ്റ് 4500CVO സീലന്റ് ആണ്. താപ പ്രതികരണ ഒപ്റ്റിമൈസേഷന്റെ സാധ്യത തെളിയിക്കാൻ ഈ TIM-ന്റെ നിരവധി വ്യത്യസ്ത കനം ഉപയോഗിക്കുക. സർക്യൂട്ട് ബോർഡിനും ഹീറ്റ് സിങ്കിനും ഇടയിൽ കൃത്യതയുള്ള ഗാസ്കറ്റുകൾ ഉപയോഗിച്ചാണ് നിശ്ചിത കനം കൈവരിക്കുന്നത്. ഉപയോഗിക്കുന്ന ലക്ഷ്യ കനം: ~200 µm ~700 µm

6, സർക്യൂട്ടുകൾ പരിശോധിക്കുന്നതും ചൂടാക്കൽ/അളക്കുന്ന രീതികളും

തിരഞ്ഞെടുത്ത ഓൺബോർഡ് സർക്യൂട്ട് കോൺഫിഗറേഷൻ ഒരു ഹാഫ് ബ്രിഡ്ജ് സെറ്റപ്പാണ്, കാരണം ഇത് ഒരു സാർവത്രിക ഫീൽഡ് ആപ്ലിക്കേഷനെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു. രണ്ട് ഉപകരണങ്ങളുടെ സാമീപ്യം ഓൺ-സൈറ്റ് ലേഔട്ടിനെ കൃത്യമായി പ്രതിഫലിപ്പിക്കുന്നു, കാരണം ചെറിയ വയറിംഗ് പരാദ പ്രഭാവങ്ങൾ കുറയ്ക്കാൻ സഹായിക്കുന്നു. ഉപകരണങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള താപ ഓവർലാപ്പ് കാരണം, ഇത് താപ പ്രതികരണത്തിൽ ഒരു പ്രത്യേക പങ്ക് വഹിക്കും.

കുറഞ്ഞ കറന്റ് മൂല്യത്തിൽ പ്രസക്തമായ താപനം നടത്തുന്നതിന്, MOSFET യുടെ ബോഡി ഡയോഡിലൂടെ കറന്റ് കടന്നുപോകും. ഇത് എല്ലായ്പ്പോഴും അങ്ങനെയാണെന്ന് ഉറപ്പാക്കാൻ, ഗേറ്റ് സോഴ്‌സ് പിന്നുകളിലേക്ക് ഷോർട്ട് സർക്യൂട്ട് ചെയ്യുക. ഒരു നിശ്ചിത ഉപകരണത്തിന്റെ താപ പ്രതികരണം ആദ്യം സ്റ്റേഡി-സ്റ്റേറ്റ് ജംഗ്ഷൻ താപനില (താപനില ഇനി വർദ്ധിക്കുന്നില്ല) വരെ ഹാഫ് ബ്രിഡ്ജ് FET ചൂടാക്കി, തുടർന്ന് ജംഗ്ഷൻ താപനില കൂളിംഗ് സ്റ്റേറ്റ് താപനിലയിലേക്ക് മടങ്ങുമ്പോൾ 10 mA ചെറിയ സിഗ്നൽ സ്രോതസ്സിലൂടെ സോഴ്‌സ് ഡ്രെയിൻ വോൾട്ടേജ് (Vsd) നിരീക്ഷിച്ചാണ് ലഭിക്കുന്നത്. ചൂടാക്കൽ പ്രക്രിയയിൽ താപ സ്റ്റേഡി അവസ്ഥയിലെത്താൻ ആവശ്യമായ സമയം വൈദ്യുതിയില്ലാത്ത അവസ്ഥയിലേക്ക് മടങ്ങാൻ ആവശ്യമായ സമയത്തിന് തുല്യമാണ്. ബോഡി ഡയോഡിന്റെ Vsd ജംഗ്ഷൻ താപനിലയുമായി രേഖീയമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു, അതിനാൽ ഒരു സ്ഥിരമായ (mV/℃) അനുപാതം (ഓരോ ഉപകരണത്തിന്റെയും സ്വഭാവം നിർണ്ണയിക്കുന്നതിലൂടെ നിർണ്ണയിക്കപ്പെടുന്നു) അതിനെ Δ Tj യുമായി പരസ്പരബന്ധിതമാക്കാൻ ഉപയോഗിക്കാം. തുടർന്ന് മുഴുവൻ കൂളിംഗ് കാലയളവിലും Δ Tj യെ ഹീറ്റിംഗ് ഘട്ടത്തിന്റെ അവസാനത്തിലെ വൈദ്യുതി ഉപഭോഗം ഉപയോഗിച്ച് ഹരിച്ച് നൽകിയിരിക്കുന്ന സിസ്റ്റത്തിന്റെ താപ പ്രതികരണം (Zth) ലഭിക്കും.

2A പവർ സപ്ലൈ, 10 mA പവർ സപ്ലൈ, Vsd എന്നിവയുടെ അളവ് എല്ലാം T3ster ആണ് പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുന്നത്. താപ പ്രതികരണം നിരീക്ഷിക്കുന്നതിനായി പ്രത്യേകം രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത ഒരു വാണിജ്യ പരിശോധന ഉപകരണമാണ് T3ster. താപ പ്രതികരണം കണക്കാക്കാൻ മുമ്പ് സൂചിപ്പിച്ച രീതിയാണ് ഇത് ഉപയോഗിക്കുന്നത്.

ചിത്രം 7 സർക്യൂട്ട് ഡയഗ്രം

7, ചൂടുള്ള താരതമ്യ ഫലങ്ങൾ

രണ്ട് വ്യവസ്ഥകൾക്ക് വിധേയമായി ഓരോ ഉപകരണത്തിന്റെയും താപ പ്രതികരണ ഫലങ്ങൾ അളക്കുക:

200 μm ടിഐഎം

700 μm ടിഐഎം

ഒരു നിയന്ത്രിത സിസ്റ്റത്തിലെ ഏത് പാക്കേജിംഗിലാണ് മികച്ച താപ പ്രതികരണം ഉള്ളതെന്നും, ബാഹ്യ താപ വിസർജ്ജന രീതികളിലൂടെ ഏത് ഉപകരണത്തിന്റെ താപ പ്രതികരണം ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യാമെന്നും നിർണ്ണയിക്കുക എന്നതാണ് ഈ രണ്ട് അളവുകളുടെയും ലക്ഷ്യം. ഈ ഫലങ്ങൾ എല്ലാ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കും ബാധകമല്ല, മറിച്ച് പരാമർശിച്ച താപ അതിരുകൾക്ക് പ്രത്യേകമാണ് എന്നത് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്.

ഹീറ്റ് സിങ്കിൽ സ്ഥാപിച്ചിട്ടുള്ള 200 μm TIM ഉപയോഗിച്ചുള്ള പാക്കേജിംഗിന്റെ താരതമ്യം.

ആദ്യ പരീക്ഷണ പ്രവർത്തനത്തിനായി, ഓരോ ഉപകരണവും 200 μm TIM ഉപയോഗിച്ച് വാട്ടർ-കൂൾഡ് ഹീറ്റ് സിങ്കിൽ ഇൻസ്റ്റാൾ ചെയ്തിരിക്കുന്നു. ഓരോ ഉപകരണവും സ്ഥിരമായ അവസ്ഥയിൽ എത്തുന്നതുവരെ 2A പൾസ് സ്വീകരിക്കുന്നു. താപ വിസർജ്ജന സമയത്ത് T3ster Vsd നിരീക്ഷിക്കുകയും സിസ്റ്റത്തിന്റെ താപ പ്രതികരണ വക്രത്തിന് വിപരീതമായി അതിനെ പരസ്പരബന്ധിതമാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഉയർന്ന താപ വിസർജ്ജനത്തിന്റെ സ്ഥിരമായ-സ്ഥിതി താപ പ്രതികരണ മൂല്യം ~4.13 ℃/W ആണ്, അതേസമയം SO8FL ന്റെ മൂല്യം ~25.27 ℃/W ആണ്. ഈ പ്രധാന വ്യത്യാസം പ്രതീക്ഷിച്ച ഫലങ്ങളുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നു, കാരണം ഉയർന്ന താപ വിസർജ്ജന പാക്കേജ് ഉയർന്ന താപ ചാലകതയും വലിയ താപ ശേഷിയുള്ള ഹീറ്റ് സിങ്കിൽ നേരിട്ട് ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നതിനാൽ നല്ല താപ പ്രചരണം കൈവരിക്കുന്നു. SO8FL-ന്, PCB-യുടെ മോശം താപ ചാലകത കാരണം, താപ ചാലകത പ്രഭാവം മോശമാണ്.

ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ ഈ ഗുണങ്ങൾ എങ്ങനെ പ്രയോജനപ്പെടുത്താമെന്ന് മനസ്സിലാക്കാൻ സഹായിക്കുന്നതിന്, ഓരോ ഉപകരണത്തിനും താങ്ങാൻ കഴിയുന്ന പവറിന്റെ അളവുമായി താപ പ്രതികരണ മൂല്യത്തെ ബന്ധിപ്പിക്കാൻ കഴിയും. 23 ℃ എന്ന കൂളന്റ് താപനിലയിൽ നിന്ന് 175 ℃ എന്ന പരമാവധി പ്രവർത്തന താപനിലയിലേക്ക് Tj വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് ആവശ്യമായ പവർ ഇനിപ്പറയുന്ന രീതിയിൽ കണക്കാക്കുന്നു:

കുറിപ്പ്: ഈ പ്രത്യേക താപ സംവിധാനത്തിൽ ഈ പവർ വ്യത്യാസം പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു.

ഈ താപ സംവിധാനത്തിൽ, മുകളിലെ താപ വിസർജ്ജന യൂണിറ്റിന് SO8FL ന്റെ 6 മടങ്ങ് പവർ ഔട്ട്പുട്ട് കൈകാര്യം ചെയ്യാൻ കഴിയും. ഓൺ-സൈറ്റ് ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ, ഇത് പല തരത്തിൽ ഉപയോഗിക്കാം. അതിന്റെ ചില ഗുണങ്ങൾ ഇതാ:

മെച്ചപ്പെട്ട പവർ ശേഷി കാരണം, ആവശ്യമായ കറന്റ് സ്ഥിരമായിരിക്കുമ്പോൾ, SO8FL നെ അപേക്ഷിച്ച് ചെറിയ ഒരു ഹീറ്റ് സിങ്ക് ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയും. ഇത് ചെലവ് ലാഭിക്കാൻ കാരണമായേക്കാം.

സ്വിച്ച് മോഡ് പവർ സപ്ലൈ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക്, സമാനമായ താപ മാർജിൻ നിലനിർത്തിക്കൊണ്ട് സ്വിച്ചിംഗ് ഫ്രീക്വൻസി വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ കഴിയും.

SO8FL-ന് യഥാർത്ഥത്തിൽ അനുയോജ്യമല്ലാത്ത ഉയർന്ന പവർ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയും.

ചിപ്പ് വലുപ്പം സ്ഥിരമായിരിക്കുമ്പോൾ, മുകളിലെ ഹീറ്റ് സിങ്ക് ഘടകത്തിന് SO8FL നെ അപേക്ഷിച്ച് ഉയർന്ന സുരക്ഷാ മാർജിൻ ഉണ്ടായിരിക്കും, കൂടാതെ ഒരു നിശ്ചിത നിലവിലെ ആവശ്യകതയിൽ കുറഞ്ഞ താപനിലയിൽ പ്രവർത്തിക്കുകയും ചെയ്യും.

ചിത്രം 8 200 μm TIM ഉപയോഗിച്ചുള്ള താപ പ്രതികരണ വക്രം

ചിത്രം 9 200 μm TIM ഉപയോഗിച്ചുള്ള താപനില വ്യതിയാന വക്രം

     

ഹീറ്റ് സിങ്കിൽ സ്ഥാപിച്ചിട്ടുള്ള 700 μm TIM ഉപയോഗിച്ചുള്ള പാക്കേജിംഗിന്റെ താരതമ്യം.

700 μm എന്ന TIM കനം ഉപയോഗിച്ച് മറ്റൊരു പരീക്ഷണ പ്രവർത്തനം നടത്തി. ഓരോ പാക്കേജിലും ബാഹ്യ താപ വിസർജ്ജന രീതികളുടെ ആഘാതം പരിശോധിക്കുന്നതിനായി താപ പ്രതികരണ മാറ്റങ്ങളെ 200 μm TIM പരിശോധനയുമായി താരതമ്യം ചെയ്യുന്നതിനാണിത്. പരീക്ഷണ പ്രവർത്തനം ഇനിപ്പറയുന്ന താപ പ്രതികരണ ഫലങ്ങൾ നൽകി: മുകളിലെ ഹീറ്റ് സിങ്ക് ഘടകം 6.51 ℃/W ആയിരുന്നു, SO8FL 25.57 ℃/W ആയിരുന്നു. ഉയർന്ന താപ വിസർജ്ജനത്തിന്, രണ്ട് TIM പ്രവർത്തനങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള വ്യത്യാസം 2.38 ℃/W ആണ്, അതേസമയം SO8FL തമ്മിലുള്ള വ്യത്യാസം 0.3 ℃/W ആണ്. ഇതിനർത്ഥം ബാഹ്യ താപ വിസർജ്ജന രീതി മുകളിലെ ഹീറ്റ് സിങ്ക് ഘടകങ്ങളിൽ കാര്യമായ സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്നു, പക്ഷേ SO8FL-ൽ കാര്യമായ സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്നില്ല എന്നാണ്. മുകളിലുള്ള ഹീറ്റ് ഡിസ്സിപ്പേഷൻ ഉപകരണത്തിന്റെ താപ പ്രതികരണം പ്രധാനമായും TIM പാളിയുടെ താപ പ്രതിരോധത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതിനാൽ ഇതും പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു. ഹീറ്റ് സിങ്കുകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, TIM ന് കുറഞ്ഞ താപ ചാലകതയുണ്ട്. അതിനാൽ, കനം കൂടുന്നതിനനുസരിച്ച്, താപ പ്രതിരോധം വർദ്ധിക്കുകയും ഉയർന്ന Rth ഉണ്ടാകുകയും ചെയ്യും.

സർക്യൂട്ട് ബോർഡിനും ഹീറ്റ് സിങ്കിനും ഇടയിലാണ് SO8FL TIM മാറ്റം സംഭവിക്കുന്നത്. അതിന്റെ ഘടകങ്ങളിൽ നിന്നുള്ള താപം TIM-ലും ഹീറ്റ് സിങ്കിലും എത്താൻ സർക്യൂട്ട് ബോർഡിലൂടെ പ്രചരിക്കണം, അതിനാൽ കനം വ്യതിയാനം പ്രധാന താപ പാതയുടെ താപ പ്രതിരോധത്തെ കാര്യമായി സ്വാധീനിക്കുന്നില്ല. അതിനാൽ, താപ പ്രതികരണത്തിലെ മാറ്റം വളരെ ചെറുതാണ്.

TIM ന്റെ കനം വ്യതിയാനം മൂലമുണ്ടാകുന്ന താപ പ്രതികരണ മാറ്റങ്ങൾ ടോപ്പ് ഹീറ്റ് ഡിസ്സിപ്പേഷൻ പാക്കേജിംഗിന്റെ മൊത്തത്തിലുള്ള നേട്ടം പ്രകടമാക്കുന്നു. TCPAK57 പാക്കേജിന്റെ മുകളിൽ ഒരു തുറന്ന ലെഡ് ഫ്രെയിം ഉണ്ട്, ഇത് ഹീറ്റ് പാത്തിന്റെ താപ പ്രതിരോധത്തെ മികച്ച രീതിയിൽ നിയന്ത്രിക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു. നിർദ്ദിഷ്ട ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കും ഹീറ്റ് ഡിസ്സിപ്പേഷൻ രീതികൾക്കും, താപ പ്രതികരണം ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുന്നതിന് ഈ സവിശേഷത ഉപയോഗിക്കാം. ഇത് കൂടുതൽ നിയന്ത്രിക്കാവുന്നതും പ്രയോജനകരവുമായ പവർ ശേഷികൾ നൽകും. PCB യുടെ സവിശേഷതകളെ ആശ്രയിച്ച്, SO8FL ഉം സമാനമായ SMD ഉപകരണങ്ങളും അവ ഉപയോഗിക്കുന്ന സർക്യൂട്ട് ബോർഡിലൂടെ താപം പുറന്തള്ളാൻ പ്രയാസമാണ്. ഇത് നിയന്ത്രിക്കാനാവാത്ത ഒരു ഘടകമാണ്, കാരണം ഹീറ്റ് ഡിസ്സിപ്പേഷൻ കൂടാതെ PCB രൂപകൽപ്പനയിൽ പരിഗണിക്കേണ്ട മറ്റ് നിരവധി വേരിയബിളുകൾ ഉണ്ട്.

ചിത്രം 10 700 μm TIM ഉപയോഗിച്ചുള്ള താപനില വ്യതിയാന വക്രം

ചിത്രം 11 700 μm TIM ഉപയോഗിച്ചുള്ള താപനില വ്യതിയാന വക്രം

8, പ്രധാന പോയിന്റുകളുടെ സംഗ്രഹം

മുകളിലെ താപ വിസർജ്ജന പാക്കേജിന് PCB വഴിയുള്ള താപ വിസർജ്ജനം ഒഴിവാക്കാനും, ചിപ്പിൽ നിന്ന് താപ വിസർജ്ജന ഉപകരണത്തിലേക്കുള്ള താപ പാത കുറയ്ക്കാനും, അതുവഴി ഉപകരണത്തിന്റെ താപ പ്രതിരോധം കുറയ്ക്കാനും കഴിയും. താപ പ്രതിരോധം ഹീറ്റ് സിങ്കുകളുടെയും താപ ഇന്റർഫേസ് മെറ്റീരിയലുകളുടെയും സവിശേഷതകളുമായി നേരിട്ട് ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. കുറഞ്ഞ താപ പ്രതിരോധം നിരവധി ആപ്ലിക്കേഷന് ഗുണങ്ങൾ നൽകും, ഉദാഹരണത്തിന്:

മെച്ചപ്പെട്ട പവർ ശേഷി കാരണം, ആവശ്യമായ കറന്റ് സ്ഥിരമായിരിക്കുമ്പോൾ, സ്റ്റാൻഡേർഡ് SMD-യെ അപേക്ഷിച്ച് ചെറിയ ടോപ്പ് ഹീറ്റ് ഡിസ്സിപ്പേഷൻ ഉപകരണങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയും. നേരെമറിച്ച്, ഇത് ചെലവ് ലാഭിക്കുന്നതിനും കാരണമായേക്കാം.

സ്വിച്ച് മോഡ് പവർ സപ്ലൈ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക്, സമാനമായ താപ മാർജിൻ നിലനിർത്തിക്കൊണ്ട് സ്വിച്ചിംഗ് ഫ്രീക്വൻസി വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ കഴിയും.

സ്റ്റാൻഡേർഡ് SMD അനുയോജ്യമല്ലാത്ത ഉയർന്ന പവർ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയും.

ചിപ്പ് വലുപ്പം സ്ഥിരമായിരിക്കുമ്പോൾ, മുകളിലുള്ള ഹീറ്റ് സിങ്ക് ഘടകത്തിന് തുല്യമായ SMD ഉപകരണങ്ങളെ അപേക്ഷിച്ച് ഉയർന്ന സുരക്ഷാ മാർജിൻ ഉണ്ടായിരിക്കും, കൂടാതെ ഒരു നിശ്ചിത നിലവിലെ ആവശ്യകതയിൽ കുറഞ്ഞ താപനിലയിൽ പ്രവർത്തിക്കുകയും ചെയ്യും.

ശക്തമായ താപ പ്രതികരണ ഒപ്റ്റിമൈസേഷൻ കഴിവ്. താപ ഇന്റർഫേസ് മെറ്റീരിയലും കനവും മാറ്റുന്നതിലൂടെയാണ് ഇത് നേടുന്നത്. TIM കനം കുറയുകയും/അല്ലെങ്കിൽ താപ ചാലകത മെച്ചപ്പെടുകയും ചെയ്യുമ്പോൾ താപ പ്രതികരണം കുറയുന്നു. ഹീറ്റ് സിങ്കിന്റെ സവിശേഷതകൾ മാറ്റുന്നതിലൂടെയും താപ പ്രതികരണത്തിൽ മാറ്റം വരുത്താം. മുകളിലെ താപ വിസർജ്ജന പാക്കേജിന് പിസിബിയിലൂടെ താപ പ്രചരണം കുറയ്ക്കാൻ കഴിയും, അതുവഴി ഉപകരണങ്ങൾക്കിടയിലുള്ള താപ ഓവർലാപ്പ് കുറയ്ക്കും. മുകളിലെ താപ വിസർജ്ജനം പിസിബിയുടെ പിൻഭാഗത്തേക്ക് ഒരു ഹീറ്റ് സിങ്ക് ബന്ധിപ്പിക്കേണ്ടതിന്റെ ആവശ്യകത ഇല്ലാതാക്കുന്നു, ഇത് പിസിബിയിലെ ഘടകങ്ങളുടെ കൂടുതൽ ഒതുക്കമുള്ള ക്രമീകരണം അനുവദിക്കുന്നു.