اليوم، يدفع نزع الكربون والرقمنة تكنولوجيا إدارة الطاقة نحو اتجاهات جديدة. وتُعدّ زيادة الكفاءة، وتقليل وزن المعدات، وزيادة كثافة الطاقة، وزيادة مدى المركبات الكهربائية، كلها مواضيع تحظى باهتمام مشترك في حياتنا اليومية. ولفترة طويلة في صناعة أشباه الموصلات، دار تطور تكنولوجيا أشباه الموصلات الكهربائية، وأشباه الموصلات التناظرية، وأشباه الموصلات الرقمية، حول تطوير الكربنة المنخفضة. على سبيل المثال، تطورت عقد معالجة الرقائق الرقمية بشكل كامل، بينما تركز تطور أشباه الموصلات الكهربائية بشكل رئيسي على الرقاقة، حيث تتطور باستمرار نحو حجم رقاقة أصغر ومقاومة توصيل أقل.
في حالة أشباه موصلات الطاقة القائمة على السيليكون، وصلت تقنية الوصلات الفائقة عالية الجهد إلى حدها الأقصى من حيث معامل الجدارة (FOM اختصارًا). في هذه الحالة، يُصبح التغليف عقبة يجب تجاوزها لمواصلة تحسين مقاومة التوصيل وكفاءة الطاقة.
وقال إن إحدى جهود Infineon للحد من الكربون - أي تقليل استهلاك الطاقة وتحسين الكفاءة - هي حزمة التبريد العلوية (TSC) المعتمدة من JEDEC. وأضاف أن حزم QDPAK و DDPAK المبردة من الأعلى (TSC) لـ mosFeTs عالية الجهد، مضيفًا أنه بالإضافة إلى أجهزة الطاقة القائمة على السيليكون، فإن كربيد السيليكون الساخن الحالي (SiC) ونتريد الجاليوم (GaN) وأشباه الموصلات الأخرى من الجيل الثالث تعتمد أيضًا على تكنولوجيا التغليف الأحدث لرفع أداء الشريحة إلى أقصى حد.
مزايا حزمة التبريد العلوية
حزمة التبريد العلوي (TSC) هي السلف لحزمة QDPAK وDDPAK، وهي في الواقع حزمة DPAK (TO252) المألوفة. تعادل QDPAK تقريبًا أربع حزم DPAks جنبًا إلى جنب، بينما تعادل DDPAK حزمتي DPAks جنبًا إلى جنب (حزمة DPAK مزدوجة).
المزايا الرئيسية لهذا النوع من التغليف هي كما يلي:
1. لتلبية متطلبات الطاقة الأعلى: تحسين استخدام مساحة لوحة الدائرة، وتوصيل قطب مصدر كلفن، وتقليل الحث الطفيلي لقطب المصدر؛
2. زيادة كثافة الطاقة: يمكن لتبديد الحرارة العلوي تحقيق أعلى استفادة من لوحة الدائرة؛ يتميز الهيكل المُحسَّن بمقاومة منخفضة وحث طفيلي منخفض للغاية لتحقيق كفاءة أعلى
3. تقليل الوزن : يساعد التحسين المتكامل لتبديد الحرارة والتسخين على تصميم هيكل أصغر، مما يقلل من استخدام المواد والوزن.
تطبيق حزمة التبريد العلوية
ومع ذلك، مع تزايد حاجة مراكز البيانات ومحطات الاتصالات اللاسلكية 4G و5G والأجهزة الأخرى إلى كثافة طاقة أعلى وأعلى وأحجام أجهزة أصغر، فإنها تبدأ في طلب استخدام كمية أقل من المشتت الحراري المستقل أو عدم استخدامه على الإطلاق في تصميم لوحة الدوائر لتطبيقات الطاقة، وفي الوقت نفسه، يتم توزيع المزيد من الحرارة بالتساوي خارج الجهاز بأكمله.
1. محطات قاعدة 5G
في مجال إدارة الحرارة لشبكات الجيل الخامس (5G) أو الاتصالات ، تُصمَّم محطات البث حاليًا بدون مراوح، على غرار بيئة شواحن الهواتف المحمولة. لكن محطات البث تعتمد عمومًا على تبديد الحرارة بواسطة غلاف معدني مغلق، وبدون غلاف نحاسي مكشوف في الأعلى، لا تستطيع أجهزة الطاقة نقل الحرارة بكفاءة وبشكل متساوٍ إلى الغلاف.
2. مركز البيانات
أما السيناريو الرئيسي الثاني فهو الحل الحراري لمراكز البيانات ، حيث كما يظهر الانفجار الأخير لـ ChatGPT، فإن الطلب البشري اللامتناهي على البيانات ينمو بمعدل أسي تقريبًا، مما يفرض متطلبات أكبر على كفاءة تحويل الطاقة وعدد الأجهزة التي يمكن تثبيتها في نفس حجم الغرفة.
3. مركبات الطاقة الجديدة
يُعدّ التبريد العلوي أحد سيناريوهات التطبيق الأخرى، وهو حلول التبريد الحراري لمركبات الطاقة الجديدة . ففي الوقت الراهن، ولتلبية متطلبات تصميم المركبات الكهربائية، تعمل الصناعة باستمرار على زيادة كفاءة الطاقة لأشباه الموصلات، مع الالتزام في الوقت نفسه بتقليل مساحة لوحة الدوائر المطبوعة التي تشغلها. وفي هذا السياق، تُعدّ متطلبات كثافة الطاقة عالية للغاية. ويمكن أن يُساعد التبريد العلوي المهندسين على تصميم مركبات طاقة جديدة بمساحة أكبر للجزء الذي يعمل بالبطارية.
بالنسبة لمشتتات حرارة IGBT ، توجد عادةً مشتتات حرارية تعمل بنظام الحمل الحراري القسري. بالطبع، عند ارتفاع كثافة الحرارة، تُستخدم أنابيب حرارية مدفونة في قاعدة المشتت. وبالمثل، عند تجاوز كثافة الطاقة 1000 واط، يُستخدم عادةً نظام التبريد السائل. تُقدم العديد من مصانع رقائق IGBT لعملائها خيارات من شركتين أو أكثر لحلول المشتتات الحرارية، لتجنب الاعتماد على مورد واحد فقط.
