回路性能とコストを最適化するための電源冷却

熱シミュレーションは、電力製品を開発し、製品の材料ガイドラインを提供する上で重要な部分です。 モジュールのサイズを最適化することは、端末装置設計の開発トレンドであり、これにより、熱放散管理が金属ヒートシンクからPCB銅層に変換されます。 現在、一部のモジュールは、スイッチモード電源および大型の受動部品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の場合、リニアレギュレータの効率は比較的低くなります。

機能が充実するにつれ、性能はどんどん高くなり、デバイスのデザインは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。

一部のアプリケーションの作業環境温度は70〜125°Cであり、一部のダイサイズの自動車アプリケーションの温度は140°Cにも達します。 これらのアプリケーションでは、システムの中断のない操作が非常に重要です。 電子設計を最適化する場合、上記の2つのタイプのアプリケーションの過渡的および静的な最悪のシナリオでの正確な熱分析がますます重要になっています。

放熱経路と熱抵抗経路は、実装方法によって異なります。内部ヒートシンクパネルに接続された放熱パッド、または突起の接合部にある放熱穴。 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。 モジュール&＃39;の金属ケーシングに接続された拡張ヒートシンクベースに接続できる、露出したサーマルパッドまたはバンプ接続の下にあるPCBの開口部。 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。 さらに、PCBの各層に使用される銅メッキの重量または厚さは非常に重要です。 熱抵抗分析の観点から、露出したパッドまたはバンプに接続されたレイヤーは、このパラメーターの影響を直接受けます。 一般的に、これらは多層プリント回路基板の最上層、ヒートシンク、および最下層です。 ほとんどのアプリケーションでは、2オンスの銅（2オンスの銅= 2.8ミルまたは71µm）の外層と1オンスの銅（1オンスの銅= 1.4ミルまたは35µm）の内層、またはすべてが1オンスの重い銅被覆層。 家庭用電化製品のアプリケーションでは、0.5オンスの銅（0.5オンスの銅= 0.7ミルまたは18µm）の層を使用するアプリケーションもあります。

モデルデータ

ダイの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、パッケージングおよびはんだ付けの原則に準拠する実際の位置を含む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。 考慮すべきもう1つの重要な要素は、FETの電源を同時に入れるか順次にするかです。 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検出力分析に必要な計算時間は短く、最高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。 スイッチング電源の場合よりも優れた分析手順を使用してデータを記録し、高速電力パルス中のピーク温度上昇を正確にキャプチャしました。 このタイプの分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を必要とします。

このモデルは、ダイ接続領域のエポキシ細孔、またはPCBヒートシンクのめっき細孔をシミュレートできます。 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、電力製品の開発の重要な部分です。 さらに、シリコンチップFET接合から製品へのさまざまな材料の実装までの全範囲をカバーする熱抵抗パラメータを設定するためのガイドにもなります。 さまざまな熱抵抗経路を理解すると、すべてのアプリケーション向けに多くのシステムを最適化できます。

このデータは、ディレーティング係数と周囲動作温度の上昇との相関関係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。