Πώς λειτουργούν οι δίοδοι σταθερά σε υψηλά περιβάλλοντα επικοινωνίας θερμοκρασίας;

1, μηχανισμός βλάβης υψηλής θερμοκρασίας και υποβάθμιση της απόδοσης
Μετάλλαξη απόδοσης που προκαλείται από θερμική διέγερση φορέα
Υπό συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας, ενισχύεται η θερμική διέγερση των φορέων φορτίου εντός των υλικών ημιαγωγών, οδηγώντας σε σημαντικές αλλαγές στα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των διόδων. Σε 150 μοίρες, το ρεύμα αντίστροφης διαρροής των διόδων Schottky αυξάνεται κατά τρεις τάξεις μεγέθους σε σύγκριση με το περιβάλλον 25 βαθμών, προκαλώντας άμεση αύξηση της απώλειας ισχύος. Σε 175 μοίρες, η πτώση τάσης προς τα εμπρός μιας κανονικής διόδου διασταύρωσης PN μειώνεται κατά 15%, προκαλώντας την παρασυρόμενη απόρριψη του κυκλώματος και επηρεάζοντας την ακεραιότητα του σήματος.
Δομική βλάβη που προκαλείται από θερμική τάση
Όταν η θερμοκρασία διασταύρωσης υπερβαίνει τους 150 βαθμούς, το υλικό που βασίζεται σε πυρίτιο - βιώνει μια αναντιστοιχία σε συντελεστή θερμικής διαστολής, οδηγώντας στο ξεφλούδισμα του στρώματος μεταλλοποίησης. Σύμφωνα με τα πραγματικά στοιχεία δοκιμών από έναν συγκεκριμένο κατασκευαστή εξοπλισμού επικοινωνίας, το ποσοστό αποσύνδεσης σύρματος των 220 συσκευασμένων δίοδοι έφτασε το 12% μετά από συνεχή λειτουργία σε 200 βαθμούς για 1000 ώρες.
Χαρακτηριστική αποικοδόμηση υψηλής συχνότητας
Στο υψηλό - σενάρια συχνότητας πάνω από 100MHz, το αποτέλεσμα του δέρματος συγκεντρώνει τη θερμότητα στην επιφάνεια. Τα πειράματα έχουν δείξει ότι όταν οι δίοδοι SIC Schottky λειτουργούν στα 200MHz, η θερμοκρασία της επιφάνειας είναι 25 βαθμών υψηλότερη από τη θερμοκρασία του σώματος, με αποτέλεσμα την επέκταση 30% του χρόνου ανάκτησης και την επιδείνωση της ποιότητας του σήματος επικοινωνίας.
2, Επανάσταση στην τεχνολογία υλικού εξειδικευμένης διόδου υψηλής θερμοκρασίας
Εφαρμογή ευρείων υλικών ημιαγωγών Bandgap
Υλικό SIC: πλάτος ζώνης 3,26EV, αντοχή πεδίου κρίσιμης διάσπασης 3MV/cm, η οποία είναι 10 φορές υψηλότερη από το υλικό SI. Σε 175 μοίρες, το ρεύμα αντίστροφης διαρροής της διόδου Sic Schottky του Cree είναι μόνο 0,1 μΜ, η οποία είναι δύο τάξεις μεγέθους χαμηλότερες από αυτές των συσκευών SI.
Υλικό GAN: Με κινητικότητα ηλεκτρονίων 2000cm ²/v · s, είναι κατάλληλο για σενάρια υψηλής -. Σε 200 μοίρες, η απώλεια μεταγωγής της συσκευής Gan Hemt της εταιρείας EPC είναι μόνο 0,5W, η οποία είναι 60% χαμηλότερη από αυτή του SI MOSFET.
2.2 Δομή επαφής ημιαγωγού νέου μετάλλου
Σε απόκριση του υψηλού προβλήματος διαρροής θερμοκρασίας των διόδων Schottky, η Infineon υιοθετεί τη διαδικασία μεταλλοποίησης TiW/Ni/Ag και η αντίσταση επαφής παραμένει κάτω από 0,5m Ω · cm ² σε 200 μοίρες. Το SBD (δίοδος Schottky Hybrid Barrier) που αναπτύχθηκε από το ROHM μειώνει τον συντελεστή θερμοκρασίας ανάστροφης διαρροής από 0,5%/ βαθμό σε 0,1%/ βαθμό εισάγοντας στρώμα παθητικοποίησης αμαρτίας.
Καινοτομία τεχνολογίας συσκευασίας
Συσκευασία κεραμικού υποστρώματος: συσκευασία DFN8 × 8 χρησιμοποιώντας κεραμικό υπόστρωμα ALN, με θερμική αντίσταση τόσο χαμηλή όσο 3Κ/W, η οποία είναι 40% χαμηλότερη από τη συσκευασία παραδοσιακής έως 252.
Συσκευασία 3D: Η τεχνολογία συσκευασίας SIP που αναπτύχθηκε από την AMKOR αυξάνει την πυκνότητα ροής θερμότητας από 5W/mm ² σε 15W/mm ² μέσω της κατακόρυφης διασύνδεσης TSV.
3, Λύση θερμικής διαχείρισης επιπέδου συστήματος
Ενεργός τεχνολογία ψύξης
Μικροκαναλική ψύξη υγρού: Οι σταθμοί βάσης Huawei χρησιμοποιούν πυρίτιο - με βάση το υγρό ψύξης μικροκαναλιών. Όταν ο ρυθμός ροής του ψυκτικού ψυκτικού είναι 2m/s, η θερμοκρασία διασταύρωσης διόδου μπορεί να ελεγχθεί κάτω από 120 μοίρες, η οποία είναι 30 μοιρών χαμηλότερη από τον αέρα - ψύξη.
Η απόρριψη θερμότητας μεταβολής της φάσης: Το σύνθετο υλικό αλλαγής φάσης που βασίζεται σε παραφίνη που αναπτύχθηκε από την ZTE Corporation έχει λανθάνουσα θερμότητα 200J/g και μπορεί να απορροφήσει 1000J θερμότητας σε σημείο αλλαγής φάσης 150 μοιρών.
Έξυπνο κύκλωμα ελέγχου θερμοκρασίας
Περιορισμός δυναμικού ρεύματος: Το τσιπ TPS25940 της TI ρυθμίζει δυναμικά το ρεύμα εξόδου ανιχνεύοντας τη θερμοκρασία της συσκευασίας διόδου. Τα πραγματικά δεδομένα δοκιμών δείχνουν ότι το ρεύμα μπορεί να περιορίζεται στο 70% της ονομαστικής τιμής σε 150 βαθμούς, επεκτείνοντας τη διάρκεια ζωής της συσκευής κατά τρεις φορές.
Το θερμοστοιχείο κλειστό - Έλεγχος βρόχου: Ο αισθητήρας θερμοκρασίας ADT7420 σε συνδυασμό με το τσιπ ψύξης TEC επιτυγχάνει ακρίβεια ελέγχου θερμοκρασίας 0,5 βαθμών, κατάλληλη για ακραία σενάρια όπως δορυφορική επικοινωνία.
Θερμική ηλεκτρική συνεργασία σχεδιασμού
Βελτιστοποίηση θερμικής διάταξης PCB: υιοθετώντας σχεδιασμό PCB 6 επιπέδων, το στρώμα πηγής θερμότητας διόδου διαχωρίζεται από το στρώμα σήματος με 2 εσωτερικά ηλεκτρικά στρώματα, μειώνοντας τη θερμική αντίσταση κατά 25%.
Επαλήθευση θερμικής προσομοίωσης: Η προσομοίωση λογισμικού ICEPAK ANSYS δείχνει ότι μια λογική διάταξη μπορεί να μειώσει τη θερμοκρασία Hotspot διόδου από 180 βαθμούς σε 140 μοίρες και να βελτιώσει το σύστημα MTBF σε 100000 ώρες.
https: