كيف تعمل الثنائيات بشكل ثابت في بيئات اتصال درجة الحرارة العالية-؟

1 ، آلية فشل درجة الحرارة المرتفعة وتدهور الأداء
طفرة الأداء الناجمة عن الإثارة الحرارية الناقلة
في ظل ظروف درجة الحرارة المرتفعة ، يتم تعزيز الإثارة الحرارية لحاملات الشحن داخل مواد أشباه الموصلات ، مما يؤدي إلى تغييرات كبيرة في الخصائص الكهربائية للثنائيات. في 150 درجة ، يزداد تيار التسرب العكسي لثنائيات Schottky بثلاثة أوامر من حيث الحجم مقارنة ببيئة 25 درجة ، مما يسبب بشكل مباشر زيادة حادة في فقدان الطاقة. في 175 درجة ، يتناقص انخفاض الجهد الأمامي لثنائي تقاطع PN العادي بنسبة 15 ٪ ، مما تسبب في انحراف الدائرة في الدائرة والتأثير على سلامة الإشارة.
الأضرار الهيكلية الناجمة عن الإجهاد الحراري
عندما تتجاوز درجة حرارة الوصلات 150 درجة ، فإن المواد القائمة على السيليكون - تعاني من عدم تطابق في معامل التمدد الحراري ، مما يؤدي إلى تقشير طبقة المعادن. وفقًا لبيانات الاختبار الفعلية من شركة تصنيع معدات اتصال معينة ، بلغ معدل انفصال سلك الترابط من الثنائيات المعبأة TO-220 12 ٪ بعد التشغيل المستمر في 200 درجة لمدة 1000 ساعة.
تدهور مميز عالي التردد
في سيناريوهات التردد العالية - فوق 100 ميجا هرتز ، يركز تأثير الجلد على الحرارة على السطح. أظهرت التجارب أنه عندما تعمل ثنائيات SIC Schottky عند 200 ميجا هرتز ، تكون درجة حرارة السطح أعلى 25 درجة من درجة حرارة الجسم ، مما يؤدي إلى امتداد بنسبة 30 ٪ من وقت الاسترداد العكسي وتدهور جودة إشارة الاتصال.
2 ، اختراق في تقنية مواد الصمام الثنائي المتخصصة في درجة الحرارة العالية
تطبيق مواد أشباه الموصلات واسعة النطاق
مادة SIC: عرض فجوة النطاق 3.26EV ، قوة حقل الانهيار الحرجة البالغة 3MV/cm ، والتي هي أعلى 10 مرات من مادة SI. في 175 درجة ، فإن تيار التسرب العكسي لـ Cree's 1200V Sic Schotky Diode هو 0.1 μ A فقط ، وهو أمران أقل من حجم أجهزة Si.
مادة GAN: مع تنقل الإلكترون من 2000 سم ²/V · S ، فهي مناسبة لسيناريوهات التردد العالية-. في 200 درجة ، فإن خسارة التبديل لجهاز GAN HEMT لشركة EPC هي 0.5W فقط ، وهو أقل بنسبة 60 ٪ من SI MOSFET.
2.2 هيكل اتصال أشباه الموصلات المعدني الجديد
استجابةً لمشكلة تسرب درجة الحرارة العالية - ، تتبنى Infineon عملية المعادن Multilayer Tiw/Ni/Ag ، وتظل مقاومة التلامس أقل من 0.5 م ω · سم ² في 200 درجة. يقلل SBD (Diode Hybrid Barrier Schottky) التي تم تطويرها بواسطة ROHM معامل درجة حرارة التسرب العكسي من 0.5 ٪/ درجة إلى 0.1 ٪/ درجة من خلال إدخال طبقة تخميل الخطيئة.
ابتكار تكنولوجيا التغليف
عبوة الركيزة السيراميك: عبوة DFN8 × 8 باستخدام الركيزة الخزفية ALN ، مع مقاومة حرارية منخفضة تصل إلى 3K/W ، وهو أقل بنسبة 40 ٪ من العبوة التقليدية TO-252.
التغليف المكدس ثلاثي الأبعاد: تزيد تقنية عبوات SIP التي طورتها Amkor من كثافة تدفق الحرارة من 5W/MM ² إلى 15W/MM ² من خلال التوصيل العمودي TSV.
3 ، حل الإدارة الحرارية على مستوى النظام
تقنية التبريد النشطة
التبريد السائل microchannel: تستخدم محطات قاعدة Huawei Silicon - ألواح تبريد سائل microchannel المستندة إلى. عندما يكون معدل تدفق سائل التبريد 2M/S ، يمكن التحكم في درجة حرارة تقاطع الصمام الثنائي أقل من 120 درجة ، وهو أقل 30 درجة من محلول الهواء-.
تغيير تبديد الحرارة: تتمتع مادة تغيير الطور المركب القائمة على البارافين التي طورتها شركة ZTE بحرارة كامنة تبلغ 200J/G ويمكن أن تمتص 1000J من الحرارة عند نقطة تغيير الطور 150 درجة.
دائرة التحكم في درجة الحرارة الذكية
قيود التيار الديناميكي: رقاقة TPS25940 من TI تعدل ديناميكيًا تيار الإخراج عن طريق اكتشاف درجة حرارة عبوة الصمام الثنائي. توضح بيانات الاختبار الفعلية أن التيار يمكن أن يقتصر على 70 ٪ من القيمة المقدرة عند 150 درجة ، مما يمتد عمر الجهاز بمقدار ثلاث مرات.
Control Control - تحكم الحلقة: مستشعر درجة حرارة ADI ADT7420 مع رقاقة تبريد TEC يحقق دقة التحكم في درجة الحرارة ± 0.5 درجة ، مناسبة للسيناريوهات القصوى مثل التواصل عبر الأقمار الصناعية.
التصميم التعاوني الكهربائي الحراري
تحسين تخطيط PCB الحراري: اعتماد تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور من 6 طبقات ، يتم فصل طبقة مصدر حرارة الصمام الثنائي عن طبقة الإشارة بواسطة طبقتين كهربائيين داخليين ، مما يقلل من المقاومة الحرارية بنسبة 25 ٪.
التحقق من المحاكاة الحرارية: توضح محاكاة برنامج ANSYS ICEPAK أن التصميم المعقول يمكن أن يقلل من درجة حرارة نقطة الساخنة الصمام الثنائي من 180 درجة إلى 140 درجة ، وتحسين النظام MTBF إلى 100000 ساعة.
https://www.trrsemicon.com/transistor/voltage {{2)