Ang Application ng Heat Sinks sa Haliconductor Industry

Ang heat sinks ay mga mahalagang bahagi sa industriya ng semikonduktor, na naglalaro ng mahalagang papel sa pamahalaan ng pagpapatupad sa thermal performance at sa pag-siguro ng pagkakatiwalaan ng mga elektronikong aparato. As semiconductor devices continue to shrink in size while increasing in power density, effective thermal management has become a cornerstone of modern electronics design. Ang artikulo na ito ay nagsasaliksik sa mga teknolohiyang likod ng heat sinks, ang kanilang mga aplikasyon sa industriya ng semikonduktor, at ang mga hinaharap na pag-uugnay sa larangan na ito.

Heat Sink Technology at Applications

1. Pangkalahatan ng Process Technology

Ang heat sinks ay disenyo upang mawala ang init mula sa isang matatag na ibabaw, lalo na sa pamamagitan ng pag-uugali at pagkukumpekto. Karaniwang gumagawa sila mula sa mga materyales na may mataas na thermal conductivity tulad ng aluminium, tanso, o isang kombinasyon ng parehong materyales. Kabilang sa mga proseso ng paggawa ang extrusion, die-casting, machining, at kamakailan lamang ang additive manufacturing para sa mga kumplikadong geometries. • Paggamot ng ibabaw tulad ng anodizing o plating ay magpapataas ng resistence sa corrosion at heat transfer efficiency.

1.1 Pangkalahatang Punto

Upang magbigay ng pinakamahusay na epektibo ng mga semi-conducting device, ito ay mahalagang hindi lumalabas sa pinakamataas na temperatura ng junction na sinabi ng gumagawa.

Karaniwan, ang pinakamalaking temperaturang junction na ito ay maaaring panatilihin nang hindi ito lumalabas sa pamamagitan ng pagpapatakbo ng aparato na nag-aalala sa mas mababang power outputs.

Sa mga output na umalapit sa pinakamalaking rating, ang mga semi conductor device ay kailangan na maging cooled sa pamamagitan ng mga heatsinks.

Ang thermal performance ng mga heatsinks na ito ay higit sa lahat ay depende sa thermal conductivity ng materyal na ginagawa nito, laki ng area ng ibabaw at mass.

Sa karagdagan, ang kulay ng ibabaw, ang posisyon ng pag-mount, ang temperatura, ang bilis ng hangin sa paligid at ang lugar ng pag-mount ay may iba't ibang epekto sa huling pagpapatupad ng heatsink mula sa isang application patungo sa iba't ibang.

Walang makakasundo pang-internasyonal na pamamaraan para sa pagsusulit ng mga electronic cooling systems o para sa pagdeterminasyon ng thermal resistance.

1.2. Ang paghahanap ng thermal resistance

Ang thermal resistance ay ang parametrang pinakamahalaga sa pagpili ng cooler, bukod sa mekanikal na pagsasaalang-alang. Para sa pagdeterminasyon ng thermal resistance ang sumusunod na equation ay nangyayari:

Equation 1: RthK = − ( RthG + RthM ) = − RthGM

Sa kaso ng application kung saan ang pinakamalaking temperatura ng junction ay hindi lumalabas, ang temperatura ay dapat suriin.

Kapag ang temperatura ng kaso ay inisukat, ang paggamit ng sumusunod na equation ay makakapagbigay ng kalkulasyon ang pinakamalaking temperatura ng junction:

Equation

Ang kahulugan ng mga determinants:

ϑi = maximum junction temperature in °C of the device as indicated by manufacturer. Bilang "safety factor" dapat itong mabawasan ng 20-30 °C.

ϑu = temperatura ng kapaligiran sa °C.

Ang pagtaas ng temperatura na dulot ng matinding init ng heatsink ay dapat ipataas sa margin ng 10-30°C.

Δ;

ϑG =sukat temperatura ng kaso ng device (equation 2).

P = pinakamalaking rating ng kuryente ng device sa [W] Rth = thermal resistance sa [K/W]

RthG = internal thermal resistance of semiconductor device (as indicated by manufacturer)

RthM = =thermal resistance of mounting surface. For TO 3 cases the following approximate values apply:

1. dry, without insulatar 0.05 - 0.20 K/W

2. may thermal compound/walang insulator

3. Aluminium oxide wafer na may thermal compound

4. Mica wafer (0.05 mm makapal) na may thermal compound

RthK = =thermal resistance of heatsink, which can be taken directly from the diagrams

RthGM = =kabuuan ng RthG at RthM. For parallel connections of several transistors the value RthGM can be determined by the following equation:

Equation 3: = + + . ..

Ang resulta ay maaaring ipalit sa equation 1.

Kelvin, na ang pamantayang sukatan ng pagkakaiba sa temperatura, ay sukatan sa temperatura, kaya 1°C = 1 K.

Kelvin sa bawat watt, ang unit ng thermal resistance.

Halimbawa ng kalkulasyon:

1. Ang transistor sa kapangyarihan ng TO 3 na may rating na 60 watt ay may pinakamalaking temperaturang junction na 180 °C at isang panloob na resistence na 0.6 K/W sa kapaligiran na 40 °C na may wafers ng aluminium oxide.

Anong thermal resistance ang kinakailangan para sa heatsink?

given:

P 60 W

θi = =180 °C - 20 °C =160 °C (para sa margin ng kaligtasan)

θu = =40 °C

mahanap: RthK gamit ang equation 1 RthK = θi θu − (RthG + RthM) = − (0,6 K/W + 0,4 K/W) = 1,0 K/W

1.3 Parehong kondisyon tulad ng higit pa ngunit para sa tatlong aparato na may katumbas na pagbabahagi ng kuryente.

gamitin ng solusyon equation 1 at equation 3 = + + = W/K RthGM ges. = K/W = =0.33 K/W

ang pagpapalit sa Equation 1 ay nagbibigay ng: _ 0.33 K/W = =1.67 K/W

Sa mga halaga na ito na tinutukoy, ang tabulasyon sa pahina A 13 - 17 ay maaaring gamitin upang magbigay ng pagpipilian ng posibleng heatsink profile. Pagkatapos sa pamamagitan ng pagsusuri ng mga drawing at curves ang huling pagpipilian ay maaaring gawin.

3. Ang transistor na may power rating na 50 W at internal thermal resistance na 0.5 K/W ay may temperatura ng kaso na 40 °C. Ano ang talagang halaga ng temperatura ng junction?

given:

P = × 50 W × × R thG = × 0.5 K/W × × × θG = × 40 °C

mahanap: pagtuturo ng equation 2

θi = θG+ (P • RthG) θi = 40 °C + (50 W • 0.5 K/W) = 65 °C

Thermal resistance of any profiles with forced convection

paper size

RthKf = =thermal resistance with forced convection

RthK = = =thermal resistance with natural convection

a factor of proportion

2.Ang kapangyarihan, buhay ng serbisyo at pagkakatiwalaan ng mga elektronikong semiconductor device ay mahalagang determinado sa pamamagitan ng thermal load na nakararanas ng mga device. - Ang paglipas ng pinakamalaking operating temperature ay nagdudulot ng malfunction. - Ang paglipas ng permisibong temperatura ng junction ay nagdudulot sa pagkawasak ng semiconductor. Para masahol pa ito, may pag-unlad na tendensya sa industriya ng mga semiconductor para sa patuloy na pagpapalaki ng pagiging integrasyon- at kapangyarihan ng mga aparato elektroniko. Para sa solusyon ng mga problema sa thermal ang unang tanong ay kung anong uri ng heat dissipation ay dapat isaalang-alang. Para dito, may iba't ibang proseso ang maaaring gamitin: sa pamamagitan ng libreng pag-uugnay (pasibo) na may iba't ibang solusyon ng heatsink, sa pamamagitan ng sapilitang pag-uugnay (aktibo sa tulong ng mga tagahanga, cooling aggregates) o sa pamamagitan ng fluid media (fluid cooling).

Gayunpaman, ang mga elektronikong aparato at sistema ay may iba't ibang kondisyon ng mga hangganan at pag-install. Kaya madalas mahirap ang pagpipilian ng pinakamahusay na thermal management. May posibilidad na mahanap ang tamang konsepto ng heat dissipation sa pamamagitan ng paggamit ng “ thermal resistance para sa mga kalkulasyon o sa pamamagitan ng pagsubok at pagsusuri ng prototypes direkta sa application, ngunit “ ngayon ang customer specified mechanical adjust ments - ay humihingi at hinihingi ng higit pa kaysa dati. Ang mga maliit na mekanikal na post-machining tulad ng additio ay maaaring isaalang-alang sa paglalarawan gamit ang mga rezerva ng kaligtasan sa temperatura ng thermal resistance, ngunit malawak na modification-cations ay nangangailangan ng paulit-ulit na inspeksyon ng thermal circumstances.

Isaalang-alang faktor sa simulasyon ng thermal

Sa KINGKA thermal simulation, ang kinakailangan na katangian ng konsepto ng pagcool ay maaaring tiyak na tinutukoy. Based on physical concepts such as mass, energy and impulse, the software specifically considers the thermal requirements of natural or forced convection. Sa parehong oras, ang sistema ay nagpapalabas ng init sa pamamagitan ng fluid. Dagdag dito, ang simulasyon ng thermal ay nagkakalkula ng mga pisikal na epekto tulad ng thermal radiation at turbulence. Ang mga faktor ng radiation ng iba't ibang ibabaw ay naglalaro din ng papel.

Kinka ay masaya upang payuhan sa iyo sa detalye tungkol sa simulasyon ng thermal na tema. - Ang aming mga eksperto ay sa iyong disposisyon para sa lahat ng mga technical advice.

2.2 Ang papel sa Semiconductor Industry

Ang mga heat sinks ay naglalaro ng mahalagang papel sa pagpapanatili ng temperatura ng junction sa loob ng ligtas na limitasyon, sa pagpigil sa thermal run, at sa pag-siguro ng matatag na operasyon. Ang mga ito ay mahalaga para sa pagprotekta ng mga CPU, GPU, semiconductors ng kuryente (IGBTs, MOSFETs), at iba pang mga komponente na sensitibo sa init sa loob ng mga integradong circuits at mga electronic assemblies.

2.3 Key Areas of Application

· High-Performance Computing (HPC): Essential for cooling processors in supercomputers and data centers.

· Automotive Electronics: Tiyakin ang pagkakatiwalaan ng mga electric vehicle inverters, ADAS systems at infotainment units.

· Telekomunikasyon: Panatilihin ang pagpapatupad ng mga pangunahing istasyon at routers sa ilalim ng mabigat na load.

3. Conclusion

Ang mga heat sinks ay fundamental sa kakayahan ng industriya ng semikonduktor na pamahalaan ang walang hanggang pagtaas sa paglikha ng init. Ang kanilang mga teknolohiyang disenyo at paggawa ng produksyon ay patuloy na nagpapaunlad, na tumutukoy sa mga pangangailangan ng mga sumusunod na mga aplikasyon habang nagpapalagay ng paraan para sa mas matalinong, mas matatag na solusyon sa pag-cool. Bilang ang industriya ay nagpapalakbay sa mga hangganan ng pagpapatupad at integrasyon, ang papel ng epektibong thermal management ay lumalaki lamang sa kahalagahan.