การออกแบบความร้อนของชิ้นส่วนเซมิคอนดักเตอร์ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

การออกแบบความร้อนคืออะไร?

ในการออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จําเป็นต้องแก้ปัญหาการลดขนาดประสิทธิภาพสูง EMC (ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า) เป็นต้น ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาการตอบโต้ความร้อนของส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์ได้รับความสนใจมากขึ้นเรื่อย ๆ และการออกแบบความร้อนของส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์ได้กลายเป็นเรื่องใหม่ เนื่องจาก "ร้อน" เกี่ยวข้องกับประสิทธิภาพความน่าเชื่อถือและความปลอดภัยของส่วนประกอบและอุปกรณ์จึงเป็นหนึ่งในโครงการวิจัยที่สําคัญเสมอ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาข้อกําหนดสําหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีการเปลี่ยนแปลงดังนั้นจึงจําเป็นต้องตรวจสอบวิธีการในอดีตอีกครั้ง

ใน "การออกแบบความร้อนของชิ้นส่วนเซมิคอนดักเตอร์ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์" โดยหลักการแล้วเราจะพูดถึงหัวข้อที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบความร้อนในสถานที่ของผลิตภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์เช่นไอซีและทรานซิสเตอร์ที่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์ระบุอุณหภูมิของชิปภายในบรรจุภัณฑ์นั่นคือ Tjmax คะแนนสูงสุดสัมบูรณ์ของอุณหภูมิทางแยก (ข้อต่อ) เมื่อออกแบบจําเป็นต้องทําการวิจัยเกี่ยวกับการสร้างความร้อนและอุณหภูมิโดยรอบเพื่อให้แน่ใจว่าอุณหภูมิของจุดเชื่อมต่อของผลิตภัณฑ์ไม่เกิน Tjmax ดังนั้นการคํานวณความร้อนจะดําเนินการกับส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์ทั้งหมดเพื่อใช้เพื่อยืนยันว่า Tjmax เกินหรือไม่ หากเป็นไปได้ที่จะเกิน Tjmax ให้ใช้มาตรการเพื่อลดการสูญเสียหรือการกระจายความร้อนเพื่อให้ Tjmax อยู่ในช่วงค่าสูงสุด ในระยะสั้นนี่คือการออกแบบความร้อน

แน่นอนว่าไม่เพียง แต่ผลิตภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์เท่านั้นที่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ แต่ยังรวมถึงส่วนประกอบต่าง ๆ เช่นตัวเก็บประจุตัวต้านทานและมอเตอร์และแต่ละองค์ประกอบมีคะแนนสูงสุดที่แน่นอนที่เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิและการใช้พลังงาน ดังนั้นในการออกแบบจริงองค์ประกอบชิ้นส่วนทั้งหมดของอุปกรณ์จะต้องไม่เกินการจัดอันดับที่เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิสูงสุด

ความต้องการการออกแบบความร้อนที่ดีในขั้นตอนการออกแบบ

หากการออกแบบความร้อนไม่ได้ดําเนินการอย่างระมัดระวังในขั้นตอนการออกแบบและมีมาตรการที่สอดคล้องกันปัญหาที่เกิดจากความร้อนอาจถูกค้นพบในขั้นตอนการผลิตทดลองหรือแม้กระทั่งเมื่อผลิตภัณฑ์ถูกนําไปผลิตจํานวนมาก

แม้ว่าปัญหาจะไม่ จํากัด อยู่ที่ความร้อน แต่ยิ่งใกล้ขั้นตอนการผลิตจํานวนมากมากเท่าไหร่ก็ยิ่งต้องใช้เวลาในการตอบโต้มากขึ้นเท่านั้นค่าใช้จ่ายก็จะยิ่งสูงขึ้นและแม้กระทั่งความล่าช้าในการส่งมอบผลิตภัณฑ์นําไปสู่ปัญหาใหญ่ของโอกาสทางธุรกิจที่ขาดหายไป สถานการณ์ที่เลวร้ายที่สุดคือปัญหาเกิดขึ้นเฉพาะในตลาดซึ่งนําไปสู่การเรียกคืนและปัญหาเครดิต  แม้ว่าเราจะไม่เต็มใจที่จะจินตนาการถึงปัญหาที่เกิดจากความร้อน แต่การรักษาความร้อนที่ไม่เหมาะสมมีแนวโน้มที่จะทําให้เกิดควันไฟและแม้แต่ไฟและปัญหาความปลอดภัยส่วนบุคคลอื่น ๆ ดังนั้นการออกแบบความร้อนจึงมีความสําคัญเป็นพื้นฐานมาก ดังนั้นจึงจําเป็นต้องทํางานที่ดีของการออกแบบความร้อนตั้งแต่เริ่มต้น

การออกแบบความร้อนมีความสําคัญมากขึ้นเรื่อย ๆ

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาสําหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ข้อกําหนดสําหรับการลดขนาดและประสิทธิภาพสูงได้กลายเป็นธรรมชาติดังนั้นจึงมีการส่งเสริมการผสานรวมเพิ่มเติม โดยเฉพาะอย่างยิ่งจํานวนส่วนประกอบมีขนาดใหญ่ขึ้นความหนาแน่นของการติดตั้งบนแผงวงจรสูงกว่าและขนาดตัวเครื่องมีขนาดเล็กลง ผลที่ได้คือการเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสําคัญในความหนาแน่นของการสร้างความร้อน

สิ่งแรกที่ต้องตระหนักคือด้วยการเปลี่ยนแปลงของแนวโน้มการพัฒนาเทคโนโลยีการออกแบบความร้อนได้เข้มงวดมากขึ้นกว่าเดิม ดังที่ได้กล่าวมาแล้วอุปกรณ์ไม่เพียง แต่ต้องการ "การลดขนาด" และ "ประสิทธิภาพสูง" ของส่วนประกอบมากขึ้น แต่ยังต้องการ "ความยืดหยุ่นในการออกแบบ" ที่ยอดเยี่ยมดังนั้นมาตรการตอบโต้ทางความร้อน (มาตรการกระจายความร้อน) จึงกลายเป็นปัญหาใหญ่ เนื่องจากการออกแบบความร้อนช่วยปรับปรุงความน่าเชื่อถือความปลอดภัยและลดต้นทุนโดยรวมของอุปกรณ์จึงมีความสําคัญมากขึ้นเรื่อย ๆ