ઉચ્ચ-કાર્યક્ષમતા MOSFET ટોચના ગરમીના વિસર્જન પેકેજની વિગતવાર સમજૂતી

પાવર એપ્લિકેશન્સમાં વપરાતા મોટાભાગના MOSFETs સરફેસ માઉન્ટ ડિવાઇસ (SMD) છે, જેમાં SO8FL, u8FL, અને LFPAK જેવા પેકેજોનો સમાવેશ થાય છે. આ SMDs સામાન્ય રીતે પસંદ કરવામાં આવે છે તેનું કારણ એ છે કે તેમની પાસે સારી પાવર ક્ષમતા અને નાનું કદ છે, જે વધુ કોમ્પેક્ટ સોલ્યુશન્સ પ્રાપ્ત કરવામાં મદદ કરે છે. જોકે આ ઉપકરણોમાં સારી પાવર ક્ષમતાઓ હોય છે, ક્યારેક ગરમીનું વિસર્જન અસર આદર્શ હોતી નથી.

ઉપકરણના લીડ ફ્રેમ (ખુલ્લા ડ્રેઇન પેડ્સ સહિત) ને કોપર-ક્લેડ વિસ્તારમાં સીધા સોલ્ડરિંગને કારણે, ગરમી મુખ્યત્વે PCB દ્વારા પ્રસારિત થાય છે. બાકીનું ઉપકરણ પ્લાસ્ટિક પેકેજિંગમાં બંધ છે અને ફક્ત હવા સંવહન દ્વારા ગરમીને દૂર કરી શકે છે. તેથી, ગરમી ટ્રાન્સફર કાર્યક્ષમતા મોટાભાગે સર્કિટ બોર્ડની લાક્ષણિકતાઓ પર આધાર રાખે છે: કોપર કોટિંગ વિસ્તારનું કદ, સ્તરોની સંખ્યા, જાડાઈ અને લેઆઉટ. સર્કિટ બોર્ડ હીટ સિંક પર ઇન્સ્ટોલ કરેલું છે કે નહીં તે ધ્યાનમાં લીધા વિના આ પરિસ્થિતિ આવી શકે છે. લાક્ષણિક ઉપકરણોની મહત્તમ પાવર ક્ષમતા શ્રેષ્ઠ સ્તર સુધી પહોંચી શકતી નથી કારણ કે PCB માં સામાન્ય રીતે ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા અને થર્મલ માસ હોતા નથી. આ મુદ્દાને સંબોધવા અને એપ્લિકેશન કદને વધુ ઘટાડવા માટે, ઉદ્યોગે એક નવું MOSFET પેકેજ વિકસાવ્યું છે જે પેકેજની ટોચ પર MOSFET લીડ ફ્રેમ (ડ્રેઇન) ને ખુલ્લા પાડે છે (આકૃતિ 1 માં બતાવ્યા પ્રમાણે).

આકૃતિ 1 ટોચનું ગરમી વિસર્જન પેકેજ

1, ટોચની ગરમીના વિસર્જનના લેઆઉટ ફાયદા

જોકે પરંપરાગત પાવર SMD લઘુચિત્રીકરણ ઉકેલો પ્રાપ્ત કરવા માટે ફાયદાકારક છે, ગરમીના વિસર્જનને ધ્યાનમાં રાખીને સર્કિટ બોર્ડની પાછળ અન્ય કોઈ ઘટકો મૂકવાની જરૂર છે. સર્કિટ બોર્ડ પર થોડી જગ્યાનો ઉપયોગ કરી શકાતો નથી, પરિણામે અંતિમ સર્કિટ બોર્ડનું એકંદર કદ મોટું થાય છે. અને ટોચનો હીટ સિંક ઘટક આ સમસ્યાને બાયપાસ કરી શકે છે: તેનું ગરમીનું વિસર્જન ઉપકરણની ટોચ દ્વારા કરવામાં આવે છે. આ રીતે, ઘટકો MOSFET ની નીચે બોર્ડ પર મૂકી શકાય છે.

આ જગ્યાનો ઉપયોગ નીચેના ઘટકોને ગોઠવવા માટે થઈ શકે છે (પરંતુ મર્યાદિત નથી):

પાવર ડિવાઇસ

ગેટ ડ્રાઇવ સર્કિટ

સપોર્ટ ઘટકો (કેપેસિટર, બફર્સ, વગેરે)

તેનાથી વિપરીત, તે સર્કિટ બોર્ડનું કદ પણ ઘટાડી શકે છે, ગેટ ડ્રાઇવ સિગ્નલોનો માર્ગ ઘટાડી શકે છે અને વધુ આદર્શ ઉકેલ પ્રાપ્ત કરી શકે છે.

આકૃતિ 2 PCB ઉપકરણ જગ્યા

પ્રમાણભૂત SMD ઉપકરણોની તુલનામાં, ટોચના હીટ સિંક ઘટકો ફક્ત વધુ લેઆઉટ જગ્યા પ્રદાન કરતા નથી પરંતુ ગરમીના ઓવરલેપને પણ ઘટાડે છે. ટોચના હીટ ડિસીપેશન પેકેજમાંથી મોટાભાગની ગરમીનો પ્રસાર સીધો હીટ સિંકમાં પ્રવેશ કરે છે, તેથી PCB ઓછી ગરમી સહન કરે છે. આસપાસના ઉપકરણોના ઓપરેટિંગ તાપમાનને ઘટાડવામાં મદદ કરે છે.

2, ટોચની ગરમીના વિસર્જનનો થર્મલ પ્રદર્શન ફાયદો

પરંપરાગત સરફેસ માઉન્ટ MOSFETs થી વિપરીત, ટોચનું હીટ ડિસીપેશન પેકેજ હીટ સિંકને ડિવાઇસના લીડ ફ્રેમ સાથે સીધું કનેક્ટ કરવાની મંજૂરી આપે છે. ધાતુઓની ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતાને કારણે, હીટ સિંક સામગ્રી સામાન્ય રીતે ધાતુઓથી બનેલી હોય છે. ઉદાહરણ તરીકે, મોટાભાગના હીટ સિંક એલ્યુમિનિયમના બનેલા હોય છે, જેની થર્મલ વાહકતા 100-210 W/mk ની વચ્ચે હોય છે. PCB દ્વારા ગરમીના વિસર્જનની પરંપરાગત પદ્ધતિની તુલનામાં, ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા સામગ્રી દ્વારા ગરમીના વિસર્જનની આ પદ્ધતિ થર્મલ પ્રતિકારને મોટા પ્રમાણમાં ઘટાડે છે. થર્મલ વાહકતા અને સામગ્રીનું કદ થર્મલ પ્રતિકાર નક્કી કરતા મુખ્ય પરિબળો છે. થર્મલ પ્રતિકાર જેટલો ઓછો હશે, તેટલો સારો થર્મલ પ્રતિભાવ.

R θ = સંપૂર્ણ થર્મલ પ્રતિકાર

Δ X=ઉષ્મા પ્રવાહને સમાંતર સામગ્રીની જાડાઈ

A=ઉષ્મા પ્રવાહને લંબરૂપ ક્રોસ-સેક્શનલ વિસ્તાર

K=થર્મલ વાહકતા

થર્મલ વાહકતા સુધારવા ઉપરાંત, હીટ સિંક વધુ થર્મલ માસ પણ પ્રદાન કરે છે - જે સંતૃપ્તિ ટાળવામાં અથવા મોટો થર્મલ સમય સ્થિરાંક પૂરો પાડવામાં મદદ કરે છે. આનું કારણ એ છે કે ટોચ પર માઉન્ટ થયેલ રેડિયેટરનું કદ બદલી શકાય છે. ચોક્કસ માત્રામાં થર્મલ ઉર્જા ઇનપુટ માટે, થર્મલ માસ અથવા ગરમી ક્ષમતા આપેલ તાપમાન ફેરફારના સીધા પ્રમાણસર હોય છે.

Cth=ઉષ્મા ક્ષમતા, J/K

Q=થર્મલ એનર્જી, J

Δ T=તાપમાનમાં ફેરફાર, K

PCBs માં ઘણીવાર અલગ અલગ લેઆઉટ હોય છે, અને જો કોપર ફોઇલની જાડાઈ ઓછી હોય, તો તે ઓછા થર્મલ માસ (ગરમી ક્ષમતા) અને નબળી ગરમી ફેલાવા તરફ દોરી શકે છે. આ બધા પરિબળો પ્રમાણભૂત સપાટી માઉન્ટ MOSFETs ને ઉપયોગ દરમિયાન શ્રેષ્ઠ થર્મલ પ્રતિભાવ પ્રાપ્ત કરવામાં અસમર્થ બનાવે છે. સિદ્ધાંતમાં, ટોચના ગરમી વિસર્જન પેકેજમાં ઉચ્ચ થર્મલ માસ અને ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા સ્ત્રોત દ્વારા ગરમીને સીધી રીતે વિસર્જન કરવાનો ફાયદો છે, તેથી તેનો થર્મલ પ્રતિભાવ (Zth (℃/W)) વધુ સારો રહેશે. જંકશન તાપમાનમાં ચોક્કસ વધારા હેઠળ, વધુ સારો થર્મલ પ્રતિભાવ ઉચ્ચ પાવર ઇનપુટને ટેકો આપશે. આ રીતે, સમાન MOSFET ચિપ માટે, ટોચના ગરમી વિસર્જન પેકેજિંગવાળા ચિપ્સમાં પ્રમાણભૂત SMD પેકેજિંગવાળા ચિપ્સ કરતાં વધુ વર્તમાન અને પાવર ક્ષમતાઓ હશે.

આકૃતિ 3 ટોચના ગરમીના વિસર્જન પેકેજ (ટોચ) અને SO8FL પેકેજ (નીચે) ના ગરમીના વિસર્જન માર્ગો

૩, થર્મલ કામગીરી સરખામણી માટે ટેસ્ટ સેટઅપ

ટોચની ગરમીના વિસર્જનના થર્મલ પ્રદર્શન ફાયદાઓને દર્શાવવા અને માન્ય કરવા માટે, અમે સમાન થર્મલ સીમા પરિસ્થિતિઓ હેઠળ TCPAK57 અને SO8FL ઉપકરણોના ચિપ તાપમાનમાં વધારો અને થર્મલ પ્રતિભાવની તુલના કરતા પરીક્ષણો હાથ ધર્યા. અસરકારકતા સુનિશ્ચિત કરવા માટે, બે ઉપકરણોનું સમાન વિદ્યુત પરિસ્થિતિઓ અને થર્મલ સીમાઓ હેઠળ પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું. તફાવત એ છે કે TCPAK57 નું હીટ સિંક ઉપકરણની ઉપર સ્થાપિત થયેલ છે, જ્યારે SO8FL ઉપકરણનું હીટ સિંક PCB ના તળિયે, MOSFET વિસ્તારની નીચે સ્થાપિત થયેલ છે (આકૃતિ 3). આ ક્ષેત્ર એપ્લિકેશનોમાં ઉપકરણના ઉપયોગનું પુનઃઉત્પાદન છે. પરીક્ષણ સમયગાળા દરમિયાન, વિવિધ થર્મલ સીમાઓનો ઉપયોગ કરીને કયા ઉપકરણ પેકેજિંગને ઑપ્ટિમાઇઝ કરી શકાય છે તે ચકાસવા માટે થર્મલ ઇન્ટરફેસ સામગ્રી (TIMs) ની વિવિધ જાડાઈનો પણ ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. એકંદર પરીક્ષણ નીચે મુજબ હાથ ધરવામાં આવે છે: આ બે ઉપકરણો પર એક નિશ્ચિત પ્રવાહ (તેથી એક નિશ્ચિત શક્તિ) લાગુ કરવામાં આવે છે, અને પછી જંકશન તાપમાનમાં ફેરફારનું નિરીક્ષણ કરવામાં આવે છે જેથી નક્કી કરી શકાય કે કયું ઉપકરણ વધુ સારું પ્રદર્શન કરે છે.

૪, ઉપકરણ પસંદગી અને PCB લેઆઉટ

ઉપકરણ પસંદગીના સંદર્ભમાં, દરેક પેકેજમાં MOSFETs સમાન ચિપ કદ ધરાવે છે અને સમાન તકનીકનો ઉપયોગ કરે છે. આ ખાતરી કરવા માટે છે કે દરેક ઉપકરણ આપેલ વર્તમાન પર સમાન પાવર વપરાશ ધરાવે છે અને પેકેજ સ્તરે સુસંગત થર્મલ પ્રતિભાવ સુનિશ્ચિત કરે છે. આ રીતે, આપણે ખાતરી કરી શકીએ છીએ કે માપેલા થર્મલ પ્રતિભાવ તફાવતો પેકેજિંગ તફાવતોને કારણે છે. આ કારણોસર, અમે TCPAK57 અને SO8FL નો ઉપયોગ કરવાનું પસંદ કર્યું. તેઓ થોડા અલગ ક્લેમ્પ અને લીડ ફ્રેમ ડિઝાઇનનો ઉપયોગ કરે છે, એક લીડ્સ સાથે (TCPAK57) અને એક લીડ્સ વિના (SO8FL). એ નોંધવું જોઈએ કે આ તફાવતો નાના છે અને સ્થિર-સ્થિતિ થર્મલ પ્રતિભાવ પર નોંધપાત્ર અસર કરશે નહીં, તેથી તેમને અવગણી શકાય છે. પરિમાણો આપ્યા પછી, પસંદ કરેલા ઉપકરણો નીચે મુજબ છે:

NVMFS5C410N SO8FL નો પરિચય

NVMJST0D9N04CTXG TCPAK57 નો પરિચય

અન્ય બધી થર્મલ સીમાઓ સમાન રહે તે સુનિશ્ચિત કરવા માટે, અમે SO8FL અથવા TCPAK57 પેકેજોને સમાવવા માટે બે સમાન PCB ડિઝાઇન કર્યા છે. PCB ડિઝાઇનમાં 4 સ્તરો છે, દરેકમાં 1 ઔંસ કોપર છે. કદ 122 mm x 7 mm છે. SO8FL બોર્ડમાં ડ્રેઇન પેડને સર્કિટ બોર્ડના અન્ય વાહક સ્તરો સાથે જોડતા થર્મલ વાયા નથી (જે ગરમીના વિસર્જન માટે શ્રેષ્ઠ નથી); આ સરખામણી સેટિંગમાં, તેનો ઉપયોગ સૌથી ખરાબ-કેસ ગરમીના વિસર્જન દૃશ્ય તરીકે થઈ શકે છે.

આકૃતિ 5 PCB નું દરેક સ્તર (સ્તર 1 ઉપર ડાબા ખૂણામાં પ્રદર્શિત થાય છે, સ્તર 2 ઉપર જમણા ખૂણામાં પ્રદર્શિત થાય છે, સ્તર 3 નીચેના ડાબા ખૂણામાં પ્રદર્શિત થાય છે, અને સ્તર 4 નીચેના જમણા ખૂણામાં પ્રદર્શિત થાય છે)

5, રેડિયેટર્સ અને થર્મલ ઇન્ટરફેસ મટિરિયલ્સ (TIM)

પરીક્ષણ પ્રક્રિયા દરમિયાન ઉપયોગમાં લેવાતું હીટ સિંક એલ્યુમિનિયમથી બનેલું છે અને ખાસ કરીને PCB પર ઇન્સ્ટોલેશન માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યું છે. 107mm × 144mm હીટ સિંક પ્રવાહી ઠંડુ છે, જેમાં 35mm × 38mm ગરમીનું વિસર્જન ક્ષેત્ર MOSFET સ્થિતિની નીચે સ્થિત છે. રેડિયેટરમાંથી પસાર થતું પ્રવાહી પાણી છે. ફીલ્ડ એપ્લિકેશન્સમાં પાણી સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતું શીતક છે. બધા પરીક્ષણ દૃશ્યો માટે, પ્રવાહ દર 0.5 gpm ના નિશ્ચિત મૂલ્ય પર સેટ છે. પાણી વધારાની ગરમી ક્ષમતા પ્રદાન કરી શકે છે, રેડિયેટરથી પાણી પુરવઠા પ્રણાલીમાં ગરમી સ્થાનાંતરિત કરે છે, જે ઉપકરણનું તાપમાન ઘટાડવામાં મદદ કરે છે.

આકૃતિ 6 એપ્લિકેશન સેટિંગ્સ

MOSFET ઇન્ટરફેસ હીટ ડિસીપેશનને વધુ સારી રીતે પ્રોત્સાહન આપવા માટે, થર્મલ ગેપ ફિલર્સનો ઉપયોગ કરવો જોઈએ. આ ઇન્ટરફેસ સપાટી પર સંભવિત ખામીઓને ભરવામાં મદદ કરે છે. નબળા થર્મલ વાહક તરીકે, હવા કોઈપણ એર ગેપ સાથે થર્મલ પ્રતિકાર વધારે છે. પરીક્ષણ માટે વપરાતું TIM બર્ગક્વિસ્ટ 4500CVO સીલંટ છે, જેની થર્મલ વાહકતા 4.5 W/mK છે. થર્મલ રિસ્પોન્સ ઑપ્ટિમાઇઝેશનની શક્યતા દર્શાવવા માટે આ TIM ની ઘણી વિવિધ જાડાઈઓનો ઉપયોગ કરો. સર્કિટ બોર્ડ અને હીટ સિંક વચ્ચે ચોકસાઇ ગાસ્કેટના ઉપયોગ દ્વારા નિશ્ચિત જાડાઈ પ્રાપ્ત થાય છે. ઉપયોગમાં લેવાતી લક્ષ્ય જાડાઈ છે: ~200 µm ~700 µm

૬, પરીક્ષણ સર્કિટ અને ગરમી/માપન પદ્ધતિઓ

પસંદ કરેલ ઓનબોર્ડ સર્કિટ રૂપરેખાંકન હાફ બ્રિજ સેટઅપ છે, કારણ કે તે એક સાર્વત્રિક ક્ષેત્ર એપ્લિકેશનનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. બે ઉપકરણોની એકબીજા સાથેની નિકટતા ઓન-સાઇટ લેઆઉટને સચોટ રીતે પ્રતિબિંબિત કરે છે, કારણ કે ટૂંકા વાયરિંગ પરોપજીવી અસરોને ઘટાડવામાં મદદ કરે છે. ઉપકરણો વચ્ચે થર્મલ ઓવરલેપને કારણે, આ થર્મલ પ્રતિભાવમાં ચોક્કસ ભૂમિકા ભજવશે.

ઓછા વર્તમાન મૂલ્ય પર સંબંધિત ગરમી કરવા માટે, વર્તમાન MOSFET ના બોડી ડાયોડમાંથી પસાર થશે. આ હંમેશા આવું જ રહે તેની ખાતરી કરવા માટે, સ્રોત પિન માટેના ગેટને શોર્ટ-સર્કિટ કરો. આપેલ ઉપકરણનો થર્મલ પ્રતિભાવ પહેલા હાફ બ્રિજ FET ને સ્થિર-સ્થિતિ જંકશન તાપમાન (તાપમાન હવે વધતું નથી) સુધી ગરમ કરીને મેળવવામાં આવે છે, અને પછી 10 mA નાના સિગ્નલ સ્ત્રોત દ્વારા સ્રોત ડ્રેઇન વોલ્ટેજ (Vsd) નું નિરીક્ષણ કરીને જંકશન તાપમાન ઠંડક સ્થિતિ તાપમાનમાં પાછું આવે છે. ગરમી પ્રક્રિયા દરમિયાન થર્મલ સ્થિર સ્થિતિમાં પહોંચવા માટે જરૂરી સમય વીજળી વિનાની સ્થિતિમાં પાછા ફરવા માટે જરૂરી સમય જેટલો છે. શરીર ડાયોડનો Vsd જંકશન તાપમાન સાથે રેખીય રીતે સંબંધિત છે, તેથી તેને Δ Tj સાથે સહસંબંધિત કરવા માટે સતત (mV/℃) ગુણોત્તર (દરેક ઉપકરણને લાક્ષણિકતા આપીને નક્કી કરવામાં આવે છે) નો ઉપયોગ કરી શકાય છે. પછી આપેલ સિસ્ટમનો થર્મલ પ્રતિભાવ (Zth) મેળવવા માટે ગરમીના તબક્કાના અંતે વીજ વપરાશ દ્વારા સમગ્ર ઠંડક સમયગાળા દરમિયાન Δ Tj ને વિભાજીત કરો.

2A પાવર સપ્લાય, 10 mA પાવર સપ્લાય અને Vsd નું માપન T3ster દ્વારા કરવામાં આવે છે. T3ster એક વ્યાપારી પરીક્ષણ ઉપકરણ છે જે ખાસ કરીને થર્મલ પ્રતિભાવનું નિરીક્ષણ કરવા માટે રચાયેલ છે. તે થર્મલ પ્રતિભાવની ગણતરી કરવા માટે અગાઉ ઉલ્લેખિત પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરે છે.

આકૃતિ 7 સર્કિટ ડાયાગ્રામ

7, ગરમ સરખામણી પરિણામો

દરેક ઉપકરણના થર્મલ પ્રતિભાવ પરિણામોને બે પરિસ્થિતિઓ હેઠળ માપો:

૨૦૦ માઇક્રોન ટીઆઈએમ

૭૦૦ માઇક્રોન ટીઆઈએમ

આ બે માપનો હેતુ એ નક્કી કરવાનો છે કે આપેલ નિયંત્રિત સિસ્ટમમાં કયા પેકેજિંગમાં વધુ સારી થર્મલ પ્રતિભાવ છે, અને કયા ઉપકરણના થર્મલ પ્રતિભાવને બાહ્ય ગરમીના વિસર્જન પદ્ધતિઓ દ્વારા ઑપ્ટિમાઇઝ કરી શકાય છે. એ નોંધવું જોઈએ કે આ પરિણામો બધી એપ્લિકેશનો પર લાગુ પડતા નથી, પરંતુ ઉલ્લેખિત થર્મલ સીમાઓ માટે વિશિષ્ટ છે.

હીટ સિંક પર સ્થાપિત 200 μm TIM નો ઉપયોગ કરીને પેકેજિંગની સરખામણી.

પ્રથમ પરીક્ષણ કામગીરી માટે, દરેક ઉપકરણ 200 μm TIM નો ઉપયોગ કરીને વોટર-કૂલ્ડ હીટ સિંક પર ઇન્સ્ટોલ કરવામાં આવે છે. દરેક ઉપકરણ સ્થિર સ્થિતિમાં પહોંચે ત્યાં સુધી 2A પલ્સ મેળવે છે. T3ster ગરમીના વિસર્જન દરમિયાન Vsd નું નિરીક્ષણ કરે છે અને તેને સિસ્ટમના થર્મલ પ્રતિભાવ વળાંક સાથે વિપરીત રીતે સાંકળે છે. ટોચના ગરમીના વિસર્જનનું સ્થિર-સ્થિતિ થર્મલ પ્રતિભાવ મૂલ્ય ~4.13 ℃/W છે, જ્યારે SO8FL નું મૂલ્ય ~25.27 ℃/W છે. આ નોંધપાત્ર તફાવત અપેક્ષિત પરિણામો સાથે સુસંગત છે, કારણ કે ટોચના ગરમીના વિસર્જન પેકેજ સીધા ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા અને મોટી ગરમી ક્ષમતાવાળા હીટ સિંક પર માઉન્ટ થયેલ છે, જે સારી ગરમીનો પ્રસાર પ્રાપ્ત કરે છે. SO8FL માટે, PCB ની નબળી થર્મલ વાહકતાને કારણે, થર્મલ વાહકતા અસર નબળી છે.

એપ્લિકેશનમાં આ ફાયદાઓનો ઉપયોગ કેવી રીતે કરવો તે સમજવા માટે, થર્મલ રિસ્પોન્સ મૂલ્યને દરેક ઉપકરણ કેટલી શક્તિનો સામનો કરી શકે છે તેની સાથે જોડી શકાય છે. Tj ને 23 ℃ ના શીતક તાપમાનથી 175 ℃ ના મહત્તમ કાર્યકારી તાપમાન સુધી વધારવા માટે જરૂરી શક્તિની ગણતરી નીચે મુજબ કરવામાં આવે છે:

નોંધ: આ ચોક્કસ થર્મલ સિસ્ટમમાં આ પાવર તફાવત અપેક્ષિત છે.

આ થર્મલ સિસ્ટમમાં, ટોચનું હીટ ડિસીપેશન યુનિટ SO8FL કરતા 6 ગણું પાવર આઉટપુટ સંભાળી શકે છે. ઓન-સાઇટ એપ્લિકેશન્સમાં, આનો ઉપયોગ ઘણી અલગ અલગ રીતે કરી શકાય છે. અહીં તેના કેટલાક ફાયદા છે:

જ્યારે જરૂરી પ્રવાહ સ્થિર હોય છે, ત્યારે સુધારેલી શક્તિ ક્ષમતાને કારણે, SO8FL ની તુલનામાં નાના હીટ સિંકનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. આના પરિણામે ખર્ચમાં બચત થઈ શકે છે.

સ્વિચ મોડ પાવર સપ્લાય એપ્લિકેશનો માટે, સમાન થર્મલ માર્જિન જાળવી રાખીને સ્વિચિંગ ફ્રીક્વન્સી વધારી શકાય છે.

SO8FL માટે મૂળ રૂપે યોગ્ય ન હોય તેવા ઉચ્ચ પાવર એપ્લિકેશનો માટે ઉપયોગ કરી શકાય છે.

જ્યારે ચિપનું કદ સ્થિર હોય છે, ત્યારે ટોચના હીટ સિંક ઘટકમાં SO8FL ની તુલનામાં વધુ સલામતી માર્જિન હશે, અને આપેલ વર્તમાન માંગ હેઠળ ઓછા તાપમાને કાર્ય કરશે.

આકૃતિ 8 200 μm TIM નો ઉપયોગ કરીને થર્મલ રિસ્પોન્સ કર્વ

આકૃતિ 9 200 μm TIM નો ઉપયોગ કરીને તાપમાન ભિન્નતા વળાંક

     

હીટ સિંક પર સ્થાપિત 700 μm TIM નો ઉપયોગ કરીને પેકેજિંગની સરખામણી.

700 μm ની TIM જાડાઈનો ઉપયોગ કરીને બીજું પરીક્ષણ ઓપરેશન હાથ ધરવામાં આવ્યું. આ દરેક પેકેજ પર બાહ્ય ગરમીના વિસર્જન પદ્ધતિઓની અસર ચકાસવા માટે 200 μm TIM પરીક્ષણ સાથે થર્મલ પ્રતિભાવ ફેરફારોની તુલના કરવા માટે છે. પરીક્ષણ ઓપરેશનથી નીચેના થર્મલ પ્રતિભાવ પરિણામો મળ્યા: ટોચનું હીટ સિંક ઘટક 6.51 ℃/W હતું, અને SO8FL 25.57 ℃/W હતું. ટોચનું હીટ ડિસીપેશન માટે, બે TIM કામગીરી વચ્ચેનો તફાવત 2.38 ℃/W છે, જ્યારે SO8FL વચ્ચેનો તફાવત 0.3 ℃/W છે. આનો અર્થ એ છે કે બાહ્ય ગરમીના વિસર્જન પદ્ધતિનો ટોચના હીટ સિંક ઘટકો પર નોંધપાત્ર પ્રભાવ પડે છે, પરંતુ SO8FL પર તેનો ઓછો પ્રભાવ પડે છે. આ પણ અપેક્ષિત છે, કારણ કે ટોચના હીટ ડિસીપેશન ડિવાઇસનો થર્મલ પ્રતિભાવ મુખ્યત્વે TIM સ્તરના થર્મલ પ્રતિકાર પર આધારિત છે. હીટ સિંકની તુલનામાં, TIM માં થર્મલ વાહકતા ઓછી છે. તેથી, જેમ જેમ જાડાઈ વધશે, તેમ તેમ થર્મલ પ્રતિકાર વધશે, જેના પરિણામે Rth વધશે.

SO8FL TIM ફેરફાર સર્કિટ બોર્ડ અને હીટ સિંક વચ્ચે થાય છે. તેના ઘટકોમાંથી ગરમી TIM અને હીટ સિંક સુધી પહોંચવા માટે સર્કિટ બોર્ડ દ્વારા પ્રસારિત થવી જોઈએ, તેથી જાડાઈના તફાવતનો મુખ્ય ગરમી માર્ગના થર્મલ પ્રતિકાર પર બહુ ઓછો પ્રભાવ પડે છે. તેથી, થર્મલ પ્રતિભાવમાં ફેરફાર ખૂબ જ નાનો છે.

TIM ની જાડાઈમાં ફેરફારને કારણે થર્મલ પ્રતિભાવમાં થતા ફેરફારો ટોચના ગરમીના વિસર્જન પેકેજિંગના એકંદર ફાયદા દર્શાવે છે. TCPAK57 માં પેકેજની ટોચ પર એક ખુલ્લી લીડ ફ્રેમ છે, જે ગરમીના માર્ગના થર્મલ પ્રતિકારને વધુ સારી રીતે નિયંત્રિત કરવાની મંજૂરી આપે છે. ચોક્કસ એપ્લિકેશનો અને ગરમીના વિસર્જન પદ્ધતિઓ માટે, આ સુવિધાનો ઉપયોગ થર્મલ પ્રતિભાવને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે કરી શકાય છે. આ બદલામાં વધુ નિયંત્રિત અને ફાયદાકારક પાવર ક્ષમતાઓ પ્રદાન કરશે. SO8FL અને સમાન SMD ઉપકરણો માટે PCB ની લાક્ષણિકતાઓના આધારે, તેઓ જે સર્કિટ બોર્ડ પર છે તેના દ્વારા ગરમીનું વિસર્જન કરવું મુશ્કેલ છે. આ એક બિન-નિયંત્રણક્ષમ પરિબળ છે, કારણ કે ગરમીના વિસર્જન ઉપરાંત PCB ડિઝાઇનમાં ધ્યાનમાં લેવા માટે ઘણા અન્ય ચલો છે.

આકૃતિ 10 700 μm TIM નો ઉપયોગ કરીને તાપમાન ભિન્નતા વળાંક

આકૃતિ 11 700 μm TIM નો ઉપયોગ કરીને તાપમાન ભિન્નતા વળાંક

8, મુખ્ય મુદ્દાઓનો સારાંશ

ટોચનું ગરમીનું વિસર્જન પેકેજ PCB દ્વારા ગરમીનું વિસર્જન ટાળી શકે છે, ચિપથી ગરમીના વિસર્જન ઉપકરણ સુધીના ગરમીના માર્ગને ટૂંકાવી શકે છે, અને આમ ઉપકરણના થર્મલ પ્રતિકારને ઘટાડી શકે છે. થર્મલ પ્રતિકાર સીધા હીટ સિંક અને થર્મલ ઇન્ટરફેસ સામગ્રીની લાક્ષણિકતાઓ સાથે સંબંધિત છે. નીચા થર્મલ પ્રતિકાર ઘણા એપ્લિકેશન ફાયદા લાવી શકે છે, જેમ કે:

જ્યારે જરૂરી પ્રવાહ સ્થિર હોય છે, ત્યારે સુધારેલી શક્તિ ક્ષમતાને કારણે, પ્રમાણભૂત SMD ની તુલનામાં નાના ટોચના ગરમીના વિસર્જન ઉપકરણોનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. તેનાથી વિપરીત, આના પરિણામે ખર્ચમાં પણ બચત થઈ શકે છે.

સ્વિચ મોડ પાવર સપ્લાય એપ્લિકેશનો માટે, સમાન થર્મલ માર્જિન જાળવી રાખીને સ્વિચિંગ ફ્રીક્વન્સી વધારી શકાય છે.

જ્યાં પ્રમાણભૂત SMD યોગ્ય ન હોય ત્યાં ઉચ્ચ પાવર એપ્લિકેશનો માટે ઉપયોગ કરી શકાય છે.

જ્યારે ચિપનું કદ સ્થિર હોય છે, ત્યારે ટોચના હીટ સિંક ઘટકમાં સમકક્ષ SMD ઉપકરણોની તુલનામાં વધુ સલામતી માર્જિન હશે, અને આપેલ વર્તમાન માંગ હેઠળ ઓછા તાપમાને કાર્ય કરશે.

મજબૂત થર્મલ રિસ્પોન્સ ઑપ્ટિમાઇઝેશન ક્ષમતા. આ થર્મલ ઇન્ટરફેસ સામગ્રી અને/અથવા જાડાઈ બદલીને પ્રાપ્ત થાય છે. TIM જેટલું પાતળું અને/અથવા થર્મલ વાહકતા જેટલી સારી હશે, તેટલો થર્મલ રિસ્પોન્સ ઓછો થશે. હીટ સિંકની લાક્ષણિકતાઓ બદલીને થર્મલ રિસ્પોન્સ પણ બદલી શકાય છે. ટોચનું હીટ ડિસીપેશન પેકેજ PCB દ્વારા ગરમીના પ્રસારને ઘટાડી શકે છે, જેનાથી ઉપકરણો વચ્ચે ગરમીનો ઓવરલેપ ઓછો થાય છે. ટોચનું હીટ ડિસીપેશન PCB ના પાછળના ભાગમાં હીટ સિંકને કનેક્ટ કરવાની જરૂરિયાતને દૂર કરે છે, જેનાથી PCB પર ઘટકોની વધુ કોમ્પેક્ટ ગોઠવણી શક્ય બને છે.