अर्धचालक उद्योग में हीट सिंक का आवेदन

हीट सिंक अर्धचालक उद्योग में महत्वपूर्ण घटक हैं, जो थर्मल प्रदर्शन के प्रबंधन और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की विश्वसनीयता सुनिश्चि जैसे-जैसे अर्धचालक उपकरण बिजली घनत्व में वृद्धि करते हुए आकार में सिकुड़ना जारी रखते हैं, प्रभावी थर्मल प्रबंधन आधुनिक इलेक् इस लेख में हीट सिंक के पीछे प्रौद्योगिकियों, अर्धचालक उद्योग में उनके अनुप्रयोगों और इस क्षेत्र में भविष्य के रुझानों

हीट सिंक प्रौद्योगिकी और अनुप्रयोग

1. प्रक्रिया प्रौद्योगिकी अवलोकन

हीट सिंक को एक ठोस सतह से गर्मी को फैलाने के लिए डिज़ाइन किया गया है, मुख्य रूप से चालकता और संवहन के माध्यम से। वे आमतौर पर उच्च-थर्मल-चालकता सामग्री जैसे एल्यूमीनियम, तांबे या दोनों के संयोजन से बने होते हैं। विनिर्माण प्रक्रियाओं में एक्सट्रूज़न, डाई-कास्टिंग, मशीनिंग और हाल ही में, जटिल ज्यामितियों के लिए योजक व एनोडाइजिंग या चढ़ाना जैसे सतह उपचार संक्षारण प्रतिरोध और गर्मी हस्तांतरण दक्षता को बढ़ाते हैं।

1.1 सामान्य बिंदु

अर्ध-चालक उपकरणों का इष्टतम प्रदर्शन प्रदान करने के लिए निर्माता द्वारा संकेतित अधिकतम जंक्शन तापमान से अधिक नहीं होना

आम तौर पर इस अधिकतम जंक्शन तापमान को केवल कम बिजली आउटपुट पर संबंधित उपकरण चलाकर इसे पार किए बिना बनाए रखा जा सकता है।

अधिकतम रेटिंग के करीब आउटपुट पर अर्धचालक उपकरणों को तथाकथित हीटसिंक द्वारा ठंडा किया जाना चाहिए।

इन हीटसिंक का थर्मल प्रदर्शन मुख्य रूप से उस सामग्री की थर्मल चालकता पर निर्भर करता है जिससे वे बने हैं, सतह क्षेत्र का आकार और द्

इसके अलावा, सतह का रंग, माउंटिंग स्थिति, तापमान, परिवेश वायु वेग और माउंटिंग स्थान सभी एक अनुप्रयोग से दूसरे में हीटसिंक के अंतिम प्

इलेक्ट्रॉनिक शीतलन प्रणालियों के परीक्षण या थर्मल प्रतिरोध के निर्धारण के लिए कोई सहमत अंतरराष्ट्रीय मा

1.2. थर्मल प्रतिरोध का निर्धारण

थर्मल प्रतिरोध वह पैरामीटर है जो यांत्रिक विचारों के अलावा कूलर चयन में सबसे महत्वपूर्ण है। थर्मल प्रतिरोध के निर्धारण के लिए निम्नलिखित समीकरण लागू होता है:

समीकरण 1: RthK = − (आरथीजी + आरथीएम) = आरएचजीएम

ऐसे अनुप्रयोग के मामले में जहां अधिकतम जंक्शन तापमान तापमान से अधिक नहीं होता है, तापमान को सत्यापित किया ज

जब मामले का तापमान मापा गया है, तो निम्नलिखित समीकरण का उपयोग अधिकतम जंक्शन तापमान की गणना करने में सक्षम करेगा:

समीकरण 2: θi = θG + P x RthG

निर्धारकों का अर्थ:

θi = निर्माता द्वारा संकेतित डिवाइस के अधिकतम जंक्शन तापमान °C में। एक "सुरक्षा कारक" के रूप में इसे 20-30 डिग्री सेल्सियस तक कम किया जाना चाहिए।

θu = डिग्री सेल्सियस में परिवेश का तापमान।

हीटसिंक की उज्ज्वल गर्मी के कारण तापमान में वृद्धि 10-30 डिग्री सेल्सियस के मार्जिन से बढ़ाई जानी चाहिए।

Δθ = अधिकतम जंक्शन तापमान और परिवेश के तापमान के बीच अंतर।

θG = उपकरण के मामले का मापा गया तापमान (समीकरण 2) ।

P = उपकरण की अधिकतम शक्ति रेटिंग [W] Rth = थर्मल प्रतिरोध [K/W]

RthG = अर्धचालक उपकरण का आंतरिक थर्मल प्रतिरोध (जैसा कि निर्माता द्वारा संकेतित किया गया है)

RthM = बढ़ती सतह का थर्मल प्रतिरोध। TO 3 मामलों के लिए निम्नलिखित अनुमानित मान लागू होते हैं:

1. सूखा, बिना insulatar 0.05 - 0.20 के / डब्ल्यू

2. थर्मल यौगिक के साथ / इन्सुलेटर के बिना 0.005 - 0.10 के / डब्ल्यू

3. थर्मल यौगिक 0.20 - 0.60 के / डब्ल्यू के साथ एल्यूमीनियम ऑक्साइड वेफर

4. थर्मल यौगिक 0.40 - 0.90 के / डब्ल्यू के साथ माइका वेफर (0.05 मिमी मोटी)

RthK = हीटसिंक का थर्मल प्रतिरोध, जिसे सीधे आरेखों से लिया जा सकता है

RthGM = RthG और RthM का योग। कई ट्रांजिस्टरों के समानांतर कनेक्शनों के लिए मान RthGM निम्नलिखित समीकरण द्वारा निर्धारित किया जा सकता हैः

समीकरण 3: = + + . .. +

परिणाम को समीकरण 1 में प्रतिस्थापित किया जा सकता है।

K = केल्विन, जो तापमान अंतरों का मानक माप है, जिसे °C में मापा जाता है, इसलिए 1°C = 1 K।

K/W = केल्विन प्रति वाट, थर्मल प्रतिरोध की इकाई।

गणना उदाहरण:

1. 60 वाट रेटिंग के साथ एक टू 3 पावर ट्रांजिस्टर में 180 डिग्री सेल्सियस का अधिकतम जंक्शन तापमान और एल्यूमीनियम ऑक्साइड वेफर के साथ 40 डिग्री सेल्सि

हीटसिंक के लिए क्या थर्मल प्रतिरोध आवश्यक है?

दिया:

पी = 60 डब्ल्यू आर थीजी = 0.6 के / डब्ल्यू

θi = 180 °C - 20 °C = 160 °C (सुरक्षा मार्जिन के लिए) RthM = 0.4 K/W (औसत मूल्य)

θu = 40 डिग्री सेल्सियस

खोजें: RthK समीकरण 1 का उपयोग करते हुए RthK = θi θu − (RthG + RthM) = − (0.6 के / डब्ल्यू + 0.4 के / डब्ल्यू) = 1,0 के / डब्ल्यू

1.3 उपरोक्त के समान शर्तें लेकिन समान रूप से वितरित शक्ति रेटिंग वाले तीन उपकरणों के लिए।

समाधान समीकरण 1 और समीकरण 3 का उपयोग करें = + + = डब्ल्यू / के आरथीजीएम जेएस। = के / डब्ल्यू = 0.33 के / डब्ल्यू

समीकरण 1 में प्रतिस्थापन देता है: RthK = _ 0.33 के / डब्ल्यू = 1.67 के / डब्ल्यू

इन मानों को निर्धारित करने के साथ, पृष्ठ ए 13 - 17 पर सारणी का उपयोग संभावित हीटसिंक प्रोफ़ाइलों का चयन देने के लिए किया फिर चित्रों और वक्रों की जांच करके अंतिम विकल्प किया जा सकता है।

3. 50 डब्ल्यू की बिजली रेटिंग और 0.5 के / डब्ल्यू के आंतरिक थर्मल प्रतिरोध के साथ एक ट्रांजिस्टर में 40 डिग्री सेल्सियस क जंक्शन तापमान का वास्तविक मूल्य क्या है?

दिया:

पी = 50 डब्ल्यू आर थीजी = 0.5 के / डब्ल्यू थीजी = 40 डिग्री सेल्सियस

खोजें: θiusing समीकरण 2

थी = थी जी + (पी • आरथीजी) थी = 40 डिग्री सेल्सियस + (50 डब्ल्यू • 0.5 के / डब्ल्यू) = 65 डिग्री सेल्सियस

जबरन संवहन के साथ किसी भी प्रोफ़ाइल के थर्मल प्रतिरोध

RthKf ≈ एक • RthK

RthKf = जबरन संवहन के साथ थर्मल प्रतिरोध

RthK = प्राकृतिक संवहन के साथ थर्मल प्रतिरोध

a = अनुपात का कारक

2. इलेक्ट्रॉनिक अर्धचालक उपकरणों का प्रदर्शन, सेवा जीवन और विश्वसनीयता उल्लेखनीय रूप से थर्मल लोड द्वारा निर्धारित क अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान से अधिक होने से खराबी होती है। अनुमत जंक्शन तापमान से अधिक होने से अर्धचालक का विनाश होता है। इसे बदतर बनाने के लिए, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लगातार बढ़ते एकीकरण और शक्ति घनत्व के लिए अर्धचालक उद्योग में एक आगे बढ़ती प्रवृत् थर्मल समस्याओं के समाधान के लिए पहला सवाल यह है कि किस प्रकार की गर्मी अपव्यय पर विचार किया जाना चाहिए। इसके लिए विभिन्न प्रक्रियाएं उपलब्ध हैंः विभिन्न हीटसिंक समाधानों के साथ मुक्त संवहन (निष्क्रिय) के माध्यम से, जबरन संवहन (प्रशंसकों की मदद से सक्रि

हालांकि, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और प्रणालियों में कई अलग-अलग सीमा और स्थापना स्थितियां हैं। इसलिए इष्टतम थर्मल प्रबंधन का चयन अक्सर मुश्किल होता है। गणना के लिए थर्मल प्रतिरोध का उपयोग करके या सीधे अनुप्रयोग में प्रोटोटाइप का परीक्षण और सत्यापन करके सही गर्मी अपव्यय अवधारणा को खोजने की निश्चित रूप से संभावना थर्मल प्रतिरोध के तापमान में सुरक्षा भंडार के साथ गणना में छोटे यांत्रिक पोस्ट-मशीनिंग, जैसे अतिरिक्त एकीकृत धागे या ड्रिलिंग पर विचार किया जा सकता है, लेकिन

थर्मल सिमुलेशन में विचारित कारक

किंगका थर्मल सिमुलेशन के साथ, शीतलन अवधारणा की आवश्यक विशेषताओं को सटीक रूप से निर्धारित किया जा सकता है। द्रव्यमान, ऊर्जा और आवेग जैसी भौतिक अवधारणाओं के आधार पर, सॉफ्टवेयर विशेष रूप से प्राकृतिक या जबरन संवहन की थर्मल साथ ही, प्रणाली तरल के माध्यम से गर्मी को फैलाती है। इसके अलावा, थर्मल सिमुलेशन थर्मल विकिरण और अशांति जैसे भौतिक प्रभावों की गणना करता है। विभिन्न सतहों के विकिरण कारक भी एक भूमिका निभाते हैं।

किंगका थर्मल सिमुलेशन विषय के बारे में आपको विस्तार से सलाह देने में प्रसन्न होगा। हमारे विशेषज्ञ सभी तकनीकी सलाह के लिए आपके निपटान पर हैं।

2.2 अर्धचालक उद्योग में भूमिका

हीट सिंक सुरक्षित सीमाओं के भीतर जंक्शन तापमान बनाए रखने, थर्मल रनएवे को रोकने और स्थिर संचालन सुनिश्चित करने में महत्वपू वे सीपीयू, जीपीयू, पावर सेमीकंडक्टर (आईजीबीटी, एमओएसएफईटी) और एकीकृत सर्किट और इलेक्ट्रॉनिक असेंबलियों के भीतर अन्य गर्मी-संवे

2.3 अनुप्रयोग के प्रमुख क्षेत्र

· उच्च प्रदर्शन कंप्यूटिंग (एचपीसी): सुपरकंप्यूटर और डेटा सेंटर में प्रोसेसरों को ठंडा करने के लिए आवश्यक।

· ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स: इलेक्ट्रिक वाहन इन्वर्टर, एडीएएस सिस्टम और इन्फोटेनमेंट इकाइयों की विश्वसनीयत

· दूरसंचार: भारी भार के तहत बेस स्टेशनों और राउटरों के प्रदर्शन को बनाए रखता है।

3. निष्कर्ष

हीट सिंक अर्धचालक उद्योग की गर्मी उत्पादन में अथक वृद्धि का प्रबंधन करने की क्षमता के लिए मौलिक हैं। उनकी डिजाइन और विनिर्माण प्रौद्योगिकियां विकसित होती जारी हैं, उभरते अनुप्रयोगों की मांगों को संबोधित करते हुए स्मार्ट, अध जैसा कि उद्योग प्रदर्शन और एकीकरण की सीमाओं को आगे बढ़ाता है, प्रभावी थर्मल प्रबंधन की भूमिका केवल महत्व में बढ़ेगी।