回路の性能とコストを最適化するパワー冷却

熱シミュレーションは、電力製品の開発と製品材料ガイドラインの提供において重要な部分です。モジュールのサイズを最適化することは、金属ヒートシンクからPCB銅層への放熱管理の転換をもたらす端末装置設計の開発傾向です。現在、一部のモジュールでは、スイッチモード電源や大型パッシブコンポーネントに低いスイッチング周波数を使用しています。内部回路を駆動する電圧変換と静止電流については、リニアレギュレータの効率が比較的低い。

機能が豊富になるにつれて、性能が高くなり、デバイス設計がますますコンパクトになります。このとき、ICレベルおよびシステムレベルの放熱シミュレーションが非常に重要になります。

一部の用途の作業環境温度は70~125°Cで、一部のダイサイズ自動車用途の温度は140°Cと高い。 これらのアプリケーションでは、システムの中断のない動作は非常に重要です。電子設計を最適化する際、上記の2種類のアプリケーションに対する非定常および静的な最悪のシナリオでの正確な熱解析がますます重要になっています。

熱放散と熱抵抗パスは、内部のヒートシンクパネルに接続された放熱パッドまたは突出部の接合部の放熱穴など、異なる実装方法によって異なります。はんだを使用して、露出したサーマルパッドまたはバンプ接続をPCBの最上層に接続します。PCBの開口部は、露出したサーマルパッドまたはバンプ接続で、モジュールの金属ケースに接続された拡張ヒートシンクベースに接続できます。金属ネジを使用して、ヒートシンクを金属シェルのPCBの上部または下部の銅層のヒートシンクに接続します。はんだを使用して、露出したサーマルパッドまたはバンプ接続をPCBの最上層に接続します。また、PCBの各層に使用される銅めっきの重量や厚さは非常に重要です。熱抵抗解析の観点から、露出パッドまたはバンプに接続されたレイヤーは、このパラメータによって直接影響を受けます。一般的に、これらは、多層プリント基板の上層、ヒートシンク、および底層です。ほとんどの用途では、2オンスの銅(2オンス銅=2.8ミルまたは71 μm)の外層、1オンス銅(1オンス銅=1.4ミルまたは35μm)内層、またはすべて1オンス重銅クラッド層です。家電アプリケーションでは、銅(銅の0.5オンス=0.7ミルまたは18 μm)層も0.5オンスを使用するアプリケーションもあります。

モデル データ

ダイ温度をシミュレートするには、ダイ上のすべてのパワーFETと、パッケージとはんだ付けの原則に準拠した実際の位置を含むICレイアウト図が必要です。

各FETのサイズとアスペクト比は、熱分布にとって非常に重要です。もう 1 つの重要な要素は、FET の電源が同時に発生するか、順次に電源をオンにするかです。モデルの精度は、使用する物理データと材料特性によって異なります。              モデルの静的または平均電力解析は、短い計算時間しか必要とされず、最大温度が記録されると収束が発生します。

過渡解析には電力時間比較データが必要です。スイッチング電源ケースよりも優れた分析手順を使用してデータを記録し、高速パワーパルスのピーク温度上昇を正確に捉えました。このタイプの解析は、一般に時間がかかり、静的電力シミュレーションよりも多くのデータ入力が必要です。

このモデルはダイ接続区域のエポキシの毛穴、またはPCBヒートシンクのめっきの毛穴を模倣できる。どちらの場合も、エポキシ/メッキの細孔は、パッケージの熱抵抗に影響を与えます。

熱シミュレーションは、電力製品の開発において重要な部分です。また、シリコンチップのFET接合から製品の様々な材料の実装まで、全範囲をカバーする熱抵抗パラメータを設定することもできます。異なる熱抵抗経路を理解したら、すべてのアプリケーションに対して多くのシステムを最適化することができます。

このデータは、デレーティング係数と周囲動作温度の上昇との相関を判断するためにも使用できます。これらの結果は、製品開発チームが設計を開発するのに役立ちます。