การใช้ระบายความร้อนในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

ซิงค์ความร้อนเป็นส่วนประกอบสำคัญในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ มีบทบาทสําคัญในการจัดการประสิทธิภาพความร้อนและรับประกันความน่าเชื่อถือของอุปก ในขณะที่อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ยังคงลดขนาดในขณะที่เพิ่มความหนาแน่นของพลังงาน การจัดการความร้อนที่มีประสิทธิภาพได้กลายเป็นพื้นฐานของการออกแบบอิเล บทความนี้ค้นหาเทคโนโลยีที่อยู่เบื้องหลังเครื่องซ่อนความร้อน การใช้งานของพวกเขาในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ และแนวโน้มในอนาคตในด้านนี้

เทคโนโลยีและการใช้งานของระบายความร้อน

1. ภาพรวมเทคโนโลยีกระบวนการ

ซิงค์ความร้อนถูกออกแบบมาเพื่อกระจายความร้อนจากพื้นผิวที่แข็ง โดยส่วนใหญ่ผ่านการนําและการถ่ายทอน มันมักจะสร้างจากวัสดุที่มีความนําความร้อนสูง เช่น อลูมิเนียม ทองแดง หรือการรวมกันทั้งสอง กระบวนการผลิตรวมถึงการอัดขึ้นรูป การหล่อตาย การกลึง และล่าสุดนี้ การผลิตเพิ่มเติมสําหรับเรขาคณิตที่ซับซ้อน การรักษาพื้นผิว เช่น anodizing หรือชุบ เพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนและประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน

1.1 จุดทั่วไป

เพื่อให้มีประสิทธิภาพที่ดีที่สุดของอุปกรณ์กึ่งนำไฟฟ้า มันเป็นสิ่งจำเป็นที่จะไม่เกินอุณหภูมิข้อต่อสูงสุดที่ระบุโดยผู้

โดยทั่วไปอุณหภูมิการเชื่อมต่อสูงสุดนี้สามารถรักษาได้โดยไม่เกินมันโดยการใช้อุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องที่กำลังผลิตที่ต่ำกว่า

ที่เอาท์พุตใกล้กับการจัดอันดับสูงสุด อุปกรณ์กึ่งตัวนำต้องทำความเย็นโดยที่เรียกว่า heatsinks.

ประสิทธิภาพด้านความร้อนของเครื่องซ่อนความร้อนเหล่านี้ขึ้นอยู่กับความนําความร้อนของวัสดุที่มันทำจาก ขนาดของพื้นผิวและมวล

นอกจากนี้ สีพื้นผิว ตําแหน่งการติดตั้ง อุณหภูมิ ความเร็วของอากาศและสถานที่ติดตั้งทั้งหมดมีอิทธิพลที่แตกต่างกันในประสิทธิภาพสุดท้ายของระบบความร้อน

ไม่มีวิธีการมาตรฐานนานาชาติที่ตกลงสําหรับการทดสอบระบบระบายความร้อนอิเล็กทรอนิกส์ หรือการกําหนดความต้านทานความร้อน

1.2. การกําหนดความต้านทานความร้อน

ความต้านทานความร้อนคือพารามิเตอร์ที่สําคัญที่สุดในการเลือกเครื่องเย็น นอกจากการพิจารณากลแล้ว สำหรับการกําหนดความต้านทานความร้อนสมการต่อไปนี้ใช้:

สมการ 1: RthK = − (RthG + RthM) = − RthGM

ในกรณีที่มีการใช้งานที่อุณหภูมิข้อต่อสูงสุดไม่เกินอุณหภูมิต้องตรวจสอบ

เมื่ออุณหภูมิกรณีได้รับการวัด การใช้สมการต่อไปนี้จะทําให้สามารถคํานวณอุณหภูมิข้อต่อสูงสุด:

สมการ 2: θi = θG + P x RthG

ความหมายของตัวกําหนด:

θi = อุณหภูมิข้อต่อสูงสุดใน °C ของอุปกรณ์ตามที่ระบุโดยผู้ผลิต ในฐานะปัจจัยความปลอดภัย นี้ควรลดลง 20-30 °C

θu = อุณหภูมิแวดล้อมใน °C

การเพิ่มขึ้นอุณหภูมิที่เกิดจากความร้อนที่ส่งรังสีของซิงค์ความร้อนควรเพิ่มขึ้นโดยขอบเขต 10-30 ° C

Δθ = ความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิข้อต่อสูงสุดและอุณหภูมิรอบ

θG = อุณหภูมิที่วัดของกรณีอุปกรณ์ (สมการ 2)

P = กำลังไฟสูงสุดของอุปกรณ์ใน [W] Rth = ความต้านทานความร้อนใน [K/W]

RthG = ความต้านทานความร้อนภายในของอุปกรณ์กึ่งตัวนํา (ตามที่ผู้ผลิตระบุไว้)

RthM = ความต้านทานความร้อนของพื้นผิวติดตั้ง สำหรับ TO 3 กรณีมีค่าประมาณต่อไปนี้:

1. แห้งโดยไม่มี insulatar 0.05 - 0.20 K / W

2. มีสารผสมความร้อน / ไม่มีฉนวน 0.005 - 0.10 K / W

3. อลูมิเนียมออกไซด์เวเฟอร์ที่มีสารประกอบความร้อน 0.20 - 0.60 K / W

4. เวเฟอร์ไมก้า (หนา 0.05 มม.) พร้อมสารผสมความร้อน 0.40 - 0.90 K / W

RthK = ความต้านทานความร้อนของความร้อนซึ่งสามารถนำมาโดยตรงจากแผนภูมิ

RthGM = รวมของ RthG และ RthM สําหรับการเชื่อมต่อแบบขนานของทรานซิสเตอร์หลายตัว ค่า RthGM สามารถกําหนดได้โดยสมการต่อไปนี้:

สมการที่ 3: = + + . .. +

ผลสามารถแทนที่สมการ 1 ได้

K = Kelvin ซึ่งเป็นการวัดมาตรฐานของความแตกต่างของอุณหภูมิ วัดใน °C ดังนั้น 1 °C = 1 K

K/W = เคลวินต่อวัตต์ หน่วยความต้านทานความร้อน

ตัวอย่างการคำนวณ:

1. ทรานซิสเตอร์พลังงาน TO 3 ที่มีการจัดอันดับ 60 วัตต์มีอุณหภูมิข้อต่อสูงสุด 180 ° C และความต้านทานภายใน 0.6 K / W ที่สภาพแวดล้อม 40 ° C กับแวเฟอร์อลูมิเนียม

ความต้านทานความร้อนที่จําเป็นสําหรับซิงค์ความร้อนคืออะไร?

ให้:

P = 60 วัตต์ R thG = 0.6 K / W

θi = 180 °C - 20 °C = 160 °C (สำหรับขอบเขตความปลอดภัย) RthM = 0.4 K/W (ค่าเฉลี่ย)

θu = 40 °C

ค้นหา: RthK โดยใช้สมการ 1 RthK = θi θu − (RthG + RthM) = − (0.6 กิโลวัตต์ + 0.4 กิโลวัตต์ ) = 1.0 กิโลวัตต์

1.3 เงื่อนไขเดียวกับข้างต้น แต่สำหรับอุปกรณ์สามอุปกรณ์ที่มีการจัดอันดับพลังงานที่กระจายอย่างเท่าเทียมกัน

ใช้สมการ 1 และสมการ 3 = + + = W / K RthGM GES. = K / W = 0.33 K / W

แทนเป็นสมการ 1 ให้: RthK = _ 0.33 กิโลวัตต์ = 1.67 กิโลวัตต์

เมื่อค่าเหล่านี้ถูกกำหนดไว้ ตารางในหน้า A 13 - 17 สามารถใช้เพื่อให้เลือกของโปรไฟล์ซิงค์ความร้อนที่เป็นไปได้ จากนั้นโดยการตรวจสอบภาพวาดและเส้นโค้งสามารถเลือกสุดท้ายได้

3. ทรานซิสเตอร์ที่มีกำลังการจัดอันดับ 50 วัตต์และความต้านทานความร้อนภายใน 0.5 K / W มีอุณหภูมิกรณี 40 ° C ค่าที่แท้จริงของอุณหภูมิการเชื่อมต่อคืออะไร?

ให้:

P = 50 W R thG = 0.5 K / W θG = 40 °C

ค้นหา: θiusing สมการ 2

θi = θG+ (P • RthG) θi = 40 °C + (50 W • 0.5 K / W) = 65 °C

ความต้านทานความร้อนของโปรไฟล์ใด ๆ ที่มีการถ่ายทอดบังคับ

RthKf ≈ a • RthK

RthKf = ความต้านทานความร้อนด้วยการถ่ายทานแบบบังคับ

RthK = ความต้านทานความร้อนด้วยการขยายธรรมชาติ

a = ปัจจัยอัตราส่วน

2. ประสิทธิภาพ อายุการใช้งาน และความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์อิเล็กทรอนิกส์จะถูกกําหนดโดยการโหลดความร้อนที่อุปกรณ์ได้รั เกินอุณหภูมิการทำงานสูงสุดนําไปสู่ความผิดพลาด การเกินอุณหภูมิการเชื่อมต่อที่อนุญาต นําไปสู่การทำลายของเซมิคอนดักเกอร์ เพื่อให้มันแย่กว่านั้น มีแนวโน้มที่ก้าวหน้าในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ สําหรับการเพิ่มความหนาแน่นของการบูรณาการและพลังงานของอุปกรณ์ สําหรับการแก้ไขปัญหาความร้อน คำถามแรกคือการกระจายความร้อนชนิดใดที่ต้องพิจารณา สําหรับเรื่องนี้มีกระบวนการที่แตกต่างกัน: โดยวิธีการขนส่งอิสระ (passive) ด้วยการแก้ไขความร้อนที่แตกต่างกัน, โดยวิธีการขนส่งอิสระที่บังคับ (ใช้งานด้วยความช่วยเหลือ

อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์และระบบอิเล็กทรอนิกส์มีเงื่อนไขขอบเขตและการติดตั้งที่แตกต่างกันมากมาย ดังนั้นการเลือกการจัดการความร้อนที่ดีที่สุดมักจะยาก แน่นอนมีความเป็นไปได้ที่จะหาแนวคิดการกระจายความร้อนที่เหมาะสมโดยใช้ความต้านทานความร้อนสําหรับการคำนวณหรือโดยการทดสอบและตรวจสอบต้นแบบโดยตรงในการใช้งาน แต่ในปัจจุบัน การปรับกลที่ลูกค้ากำหนด หลังการทำเครื่องจักรขนาดเล็ก เช่น ด้ายบูรณาการเพิ่มเติมหรือการเจาะสามารถพิจารณาในการคำนวณด้วยสำรองความปลอดภัยในอุณหภูมิของความต้านทานความร้อน แต่การปรับเปลี่ยนอย่างกว้างขวางต้องการการตรวจสอบสถานการณ

ปัจจัยที่พิจารณาในการจําลองความร้อน

ด้วยการจําลองความร้อน KINGKA คุณสมบัติที่จําเป็นของแนวคิดความเย็นสามารถกําหนดได้อย่างแม่นยำ โดยใช้แนวคิดทางกายภาพ เช่น มวล พลังงาน และแรงจูงใจ ซอฟต์แวร์พิจารณาโดยเฉพาะความต้องการความร้อนของการขยายธรรมชาติหรือการบังคับ ในขณะเดียวกัน ระบบการกระจายความร้อนผ่านของเหลว นอกจากนี้ การจําลองความร้อนคำนวณผลทางกายภาพ เช่น รังสีความร้อนและความผิดพลาด ปัจจัยรังสีของพื้นผิวที่แตกต่างกันยังมีบทบาท

KINGKA จะยินดีที่จะให้คำแนะนำอย่างละเอียดเกี่ยวกับการจําลองความร้อนในหัวข้อ ผู้เชี่ยวชาญของเราพร้อมให้คุณสำหรับคำปรึกษาทางเทคนิคทั้งหมด

2.2 บทบาทในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

ซิงค์ความร้อนมีบทบาทสําคัญในการรักษาอุณหภูมิการเชื่อมต่อภายในขอบเขตที่ปลอดภัย ป้องกันการไหลของความร้อน และรับประกันการทำงานที่มั่นคง พวกเขามีความสำคัญในการปกป้อง CPU, GPU, เซมิคอนดักเตอร์พลังงาน (IGBTs, MOSFETs) และส่วนประกอบที่ไวต่อความร้อนอื่น ๆ ภายในวงจรบูรณาการและชุดอิเล็กทรอนิกส์

2.3 พื้นที่หลักของการใช้งาน

· คอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูง (HPC): จําเป็นสําหรับการระบายความร้อนในซุปเปอร์คอมพิวเตอร์และศูนย์ข้อมูล

· อิเล็กทรอนิกส์รถยนต์: รับประกันความน่าเชื่อถือของอินเวอร์เตอร์รถยนต์ไฟฟ้าระบบ ADAS และหน่วยข้อมูลบันเทิง

· โทรคมนาคม: รักษาประสิทธิภาพของสถานีฐานและเราเตอร์ภายใต้ภาระหนัก

3. ข้อสรุป

ซิงค์ความร้อนเป็นพื้นฐานสําหรับความสามารถของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ในการจัดการการเพิ่มขึ้นอย่างไม่หยุดหยุดในการสร้างความร้อน เทคโนโลยีการออกแบบและการผลิตของพวกเขายังคงพัฒนาขึ้น เพื่อตอบสนองความต้องการของการใช้งานที่กําลังเกิดขึ้น ในขณะที่เปิดทางสําหรับโซลูชั่นการระบายความร้อนที่ฉลาดและยั่งยืนมากขึ้น เมื่ออุตสาหกรรมผลักดันขอบเขตของประสิทธิภาพและการรวม บทบาทของการจัดการความร้อนที่มีประสิทธิภาพจะเพิ่มขึ้นในความสําคัญ