회로 성능 및 비용 최적화를 위한 전원 공급 장치 냉각

열 시뮬레이션은 전력 제품을 개발하고 제품 재료 지침을 제공하는 데 중요한 부분입니다. 모듈의 크기를 최적화하는 것은 단말 장치 설계의 발전 추세이며, 이는 금속 방열판에서 PCB 구리 층으로 방열 관리의 전환을 가져옵니다. 오늘날 일부 모듈은 스위치 모드 전원 공급 장치 및 대형 수동 부품에 더 낮은 스위칭 주파수를 사용합니다. 내부 회로를 구동하는 전압 변환 및 대기 전류의 경우 선형 레귤레이터의 효율이 상대적으로 낮습니다.

기능이 더욱 풍부해짐에 따라 성능은 점점 더 높아지고 장치 디자인은 점점 더 컴팩트해집니다. 이때 IC 수준 및 시스템 수준의 방열 시뮬레이션이 매우 중요해집니다.

일부 애플리케이션의 작업 환경 온도는 70~125°C이고 일부 다이 크기 자동차 애플리케이션의 온도는 140°C까지 높습니다. 이러한 응용 프로그램의 경우 시스템의 중단 없는 작동이 매우 중요합니다. 전자 설계를 최적화할 때 위의 두 가지 유형의 애플리케이션에 대한 과도 및 정적 최악의 시나리오에서 정확한 열 분석이 점점 더 중요해지고 있습니다.

방열 및 열 저항 경로는 구현 방법에 따라 다릅니다. 내부 방열판 패널에 연결된 방열 패드 또는 돌출부의 접합부에 있는 방열 구멍. 땜납을 사용하여 노출된 열 패드 또는 범프 연결을 PCB의 최상층에 연결합니다. 모듈'의 금속 케이스에 연결된 확장된 방열판 베이스에 연결할 수 있는 노출된 열 패드 또는 범프 연결 아래 PCB의 개구부. 금속 나사를 사용하여 방열판을 금속 쉘 PCB의 상단 또는 하단 구리 층에 있는 방열판에 연결합니다. 땜납을 사용하여 노출된 열 패드 또는 범프 연결을 PCB의 최상층에 연결합니다. 또한 PCB의 각 층에 사용되는 구리 도금의 무게나 두께는 매우 중요합니다. 열 저항 분석 측면에서 노출된 패드 또는 범프에 연결된 레이어는 이 매개변수의 직접적인 영향을 받습니다. 일반적으로 이들은 다층 인쇄 회로 기판의 상단, 방열판 및 하단 레이어입니다. 대부분의 애플리케이션에서 2온스 구리(2온스 구리=2.8mils 또는 71µm) 외부 레이어와 1온스 구리(1온스 구리=1.4mils 또는 35µm) 내부 레이어 또는 모두 1온스의 무거운 구리 클래드 레이어. 소비자 전자 제품 애플리케이션에서 일부 애플리케이션은 0.5온스의 구리(0.5온스의 구리=0.7mils 또는 18µm) 레이어를 사용하기도 합니다.

모델 데이터

다이 온도를 시뮬레이션하려면 다이의 모든 전력 FET와 패키징 및 납땜 원칙을 준수하는 실제 위치를 포함하는 IC 레이아웃 다이어그램이 필요합니다.

각 FET의 크기와 종횡비는 열 분배에 매우 중요합니다. 고려해야 할 또 다른 중요한 요소는 FET가 동시에 또는 순차적으로 전원이 공급되는지 여부입니다. 모델의 정확도는 사용된 물리적 데이터 및 재료 속성에 따라 다릅니다.

모델의 정적 또는 평균 전력 해석은 짧은 계산 시간만 필요하며 최고 온도가 기록되면 수렴이 발생합니다.

과도 분석에는 전력 시간 비교 데이터가 필요합니다. 빠른 전원 펄스 동안 피크 온도 상승을 정확하게 캡처하기 위해 데이터를 기록하기 위해 스위칭 전원 공급 장치 케이스보다 더 나은 분석 절차를 사용했습니다. 이러한 유형의 분석은 일반적으로 시간 소모적이며 정적 전력 시뮬레이션보다 더 많은 데이터 입력이 필요합니다.

이 모델은 다이 연결 영역의 에폭시 기공 또는 PCB 방열판의 도금 기공을 시뮬레이션할 수 있습니다. 두 경우 모두, 에폭시/도금 기공은 패키지의 열 저항에 영향을 미칩니다.

열 시뮬레이션은 전력 제품 개발의 중요한 부분입니다. 또한 실리콘 칩 FET 접합에서 제품의 다양한 재료 구현에 이르기까지 전체 범위를 포괄하는 열 저항 매개변수를 설정하도록 안내할 수 있습니다. 다양한 열 저항 경로를 이해하면 모든 애플리케이션에 대해 많은 시스템을 최적화할 수 있습니다.

이 데이터는 경감 계수와 주변 작동 온도 증가 간의 상관 관계를 결정하는 데에도 사용할 수 있습니다. 이러한 결과는 제품 개발 팀이 설계를 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다.