반도체 산업에서 열반 반반도체 산업의 적용

히트 싱크는 반도체 산업에서 중요한 구성 요소이며 열 성능을 관리하고 전자 장치의 신뢰성을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다.반도체 장치는 전력 밀도가 증가하면서 크기가 계속 줄어들면서 효과적인 열 관리는 현대 전자 설계의 초석이 되었습니다.이 기사에서는 열이 열이 열이 열이 이 분야의 열이 이 분야의 열이 이 이 분야의 열이 이 이 기술, 반도체 산업의 응용 프로그램 및 미래의 추세를 탐구합니다.

히트 싱크 기술 및 응용 프로그램

1. 공정 기술 개요

히트 싱크는 주로 전도와 대류를 통해 고체 표면에서 열을 분산하도록 설계되었습니다.그들은 일반적으로 알루미늄, 구리 또는 두 가지의 조합과 같은 높은 열전도성 재료로 만들어집니다.제조 과정에는 압출, 다이 캐스팅, 가공 및 최근에는 복잡한 기하학을 위한 추가적 제조가 포함됩니다.양극 또는 도금과 같은 표면 처리는 내식성과 열전달 효율성을 향상시킵니다.

1.1 일반적인 점

반도체 장치의 최적의 성능을 제공하기 위해 제조업체가 표시한 최대 접합 온도를 초과하지 않는 것이 필수적입니다.

일반적으로 이 최대 결합 온도는 적은 전력 출력에서 관련 장치를 실행함으로써 그것을 초과하지 않고 유지할 수 있습니다.

최대 등급에 가까운 출력에서 반도체 장치는 소위 히트싱크에 의해 냉각해야합니다.

이러한 히트싱크의 열성능은 주로 그들이 만든 재료의 열전도성, 표면 면적의 크기 및 질량에 달려 있습니다.

또한 표면 색깔, 장착 위치, 온도, 주변 공기 속도 및 장착 장소는 모두 한 응용 프로그램에서 다른 응용 프로그램으로 히트싱크의 최종 성능에 다양한 영향을 미칩니다.

전자 냉각 시스템을 테스트하거나 열저항을 결정하는 데 합의된 국제 표준 방법은 없습니다.

1.2.열저항의 결정

열저항은 기계적 고려사항 외에도 냉각기 선택에서 가장 중요한 매개 변수입니다.열저항을 결정하려면 다음 방정식이 적용됩니다:

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

최대 결합 온도가 온도를 초과하지 않는 응용 프로그램의 경우 온도를 확인해야합니다.

케이스 온도를 측정하면 다음 방정식을 사용하여 최대 접합 온도를 계산할 수 있습니다.

방정식 2: θi = θG + P x RthG

결정자의 의미 :

θi = 제조업체가 표시한 장치의 최대 접합 온도 °C. "안전 요소"로서 이것은 20-30 °C로 감소해야합니다.

θu = 환경 온도 ℃.

히트싱크의 방사열으로 인한 온도의 상승은 10-30°C의 마진으로 증가해야합니다.

Δθ = 최대 접합 온도와 주변 온도의 차이.

θG = 장치 케이스의 측정된 온도 (방정식 2).

P = 장치의 최대 전력 등급 [W] Rth = 열저항 [K/W]

RthG = 반도체 장치의 내부 열저항 (제조업체가 표시한 대로)

RthM = 장착 표면의 열저항.TO 3개의 경우 다음과 같은 대략 값이 적용됩니다.

1. 건조한, insulatar 없이 0.05 - 0.20 K/W

2. 열 화합물/절연제 없이 0.005 - 0.10 K/W

3. 열 화합물을 가진 알루미늄 산화물 웨이퍼 0.20 - 0.60 K/W

4. 열 화합물 0.40 - 0.90 K/W를 가진 미카 웨이퍼 (두께 0.05 mm)

RthK = 도표에서 직접 가져올 수 있는 히트싱크의 열저항

RthGM = RthG와 RthM의 합.여러 트랜지스터의 병렬 연결의 경우 RthGM 값은 다음 방정식으로 결정될 수 있습니다.

방정식 3: = + + ... +

결과는 방정식 1으로 대체될 수 있습니다.

K = Kelvin, 온도 차이의 표준 측정치이며 °C로 측정되므로 1 °C = 1 K.

K/W = 열저항의 단위인 와트당 K K/W = Kelvin per watt

계산 예:

1. 60 와트 등급을 가진 3 전력 트랜지스터는 180 °C의 최대 접합 온도와 알루미늄 산화물 웨이퍼를 가진 40 °C의 환경에서 0.6 K/W의 내부 저항을 가지고 있습니다.

히트싱크에 어떤 열저항이 필요합니까?

주어진:

P = 60 W R thG = 0.6 K/W

θi = 180 °C - 20 °C = 160 °C (안전 마진) RthM = 0.4 K/W (평균 값)

θu = 40 °C

방정식 1을 사용하여 RthK = θi θu − (RthG + RthM) = − (0.6K/W + 0.4K/W) = 1.0K/W

1.3 위와 같은 조건이지만 동등하게 분배된 전력 등급을 가진 세 개의 장치를 위해.

방정식 1 및 방정식 3 = + + = W / K RthGM 제스. = K/W = 0.33 K/W

방정식 1의 대체는: RthK = _ 0.33 K/W = 1.67 K/W

이러한 값이 결정되면, 페이지 A 13 - 17의 테이블링은 가능한 히트싱크 프로필의 선택을 제공하기 위해 사용될 수 있습니다.그런 다음 그림과 곡선을 검사함으로써 최종 선택을 할 수 있습니다.

3. 50 W의 전력 등급과 0.5 K/W의 내부 열저항을 가진 트랜지스터는 40 °C의 케이스 온도를 가지고 있습니다.결합 온도의 실제 값은 무엇입니까?

주어진:

P = 50 W R thG = 0.5 K/W θG = 40 °C

find: θiusing 방정식 2

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

강제 대류를 가진 모든 프로필의 열저항

RthKf ≈ a • RthK

RthKf = 강제 대대로 열저항

RthK = 자연 대대로 열저항

a = 비율 요소

전자 반도체 장치의 성능, 수명 및 신뢰성은 장치가 노출되는 열 부하에 의해 크게 결정됩니다.최대 작동 온도를 초과하면 오류가 발생합니다.허용 연결 온도를 초과하면 반도체가 파괴됩니다.더 악화하기 위해 반도체 산업에서 전자 장치의 통합 및 전력 밀도가 지속적으로 증가하는 추세가 있습니다.열 문제를 해결하기 위해 첫 번째 질문은 어떤 종류의 열 분산을 고려해야하는지입니다.이를 위해 다양한 공정이 가능합니다. 다른 열이이다른 이이이트싱크 솔루션으로 자유로운 대류 (수동적) 또는 강제 대류 (팬, 냉각 집합물의 도움으로 활성) 또는 유체 매체 (유체 냉각) 를 통해.

그러나 전자 장치와 시스템은 많은 다른 경계 및 설치 조건을 가지고 있습니다.따라서 최적의 열 관리를 선택하는 것은 종종 어렵습니다.계산을 위해 열저항을 사용하거나 응용 프로그램에서 직접 프로토타입을 테스트하고 검증함으로써 적절한 열분산 개념을 찾을 수 있는 가능성이 확실하지만 오늘날 고객이 지정한 기계적 조정은 그 어느 때보다 더 요구되고 요구되고 있습니다.추가 통합 스레드 또는 드릴링과 같은 작은 기계 후 가공은 열저항의 온도에 대한 안전 예약을 가진 계산에서 고려할 수 있지만 광범위한 수정은 열 상황의 반복적 인 검사를 요구합니다.

열 시뮬레이션에서 고려되는 요소

KINGKA 열 시뮬레이션으로 냉각 개념의 필요한 특성을 정확하게 결정할 수 있습니다.질량, 에너지 및 충동과 같은 물리적 개념을 바탕으로 소프트웨어는 자연적 또는 강제 대류의 열 요구 사항을 특별히 고려합니다.동시에 시스템은 액체를 통해 열을 분산합니다.또한, 열 시뮬레이션은 열 방사선과 혼동과 같은 물리적 효과를 계산합니다.다른 표면의 방사선 요인도 역할을 합니다.

KINGKA는 열 시뮬레이션 주제에 대해 자세히 조언 할 것입니다.우리의 전문가들은 모든 기술적 조언을 위해 귀하의 처리에 있습니다.

2.2 반도체 산업의 역할

히트 싱크는 접합 온도를 안전한 한계 내에 유지하고 열 탈출을 방지하고 안정적인 작동을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다.CPU, GPU, 전력 반도체 (IGBT, MOSFET) 및 통합회로 및 전자 조립 내의 기타 열에 민감한 구성 요소를 보호하는 데 매우 중요합니다.

2.3 주요 응용 분야

· 고성능 컴퓨팅 (HPC): 슈퍼컴퓨터 및 데이터 센터의 프로세서를 냉각하는 데 필수적입니다.

· 자동차 전자: 전기 차량 인버터, ADAS 시스템 및 인포 엔터테인먼트 단위의 신뢰성을 보장합니다.

· 통신: 무거운 부하에서 기지역과 라우터의 성능을 유지합니다.

3. 결론

히트 싱크는 반도체 산업이 열 생산의 지속적인 증가를 관리할 수 있는 능력에 기본적입니다.그들의 설계 및 제조 기술은 계속 진화하고 있으며, 새로운 응용 프로그램의 요구를 충족시키면서 더 스마트하고 지속 가능한 냉각 솔루션을 위한 길을 열고 있습니다.산업이 성능과 통합의 경계를 밀어내면서 효과적인 열 관리의 역할은 중요성이 증가할 것입니다.