TSC পাওয়ার মডিউলগুলির জন্য তাপীয়ভাবে পরিবাহী অন্তরক আবরণ

একটি তাপীয় পরিবাহী অন্তরক আবরণ হল একটি কার্যকরী অন্তরক বেস উপাদান যা উচ্চ-ভোল্টেজ অস্তরক সুরক্ষা এবং একটি ফ্ল্যাট মাউন্টিং পৃষ্ঠ প্রদান করে, একটি গৌণ সুবিধা হিসাবে তাপ পরিবাহী। একটি থার্মাল ইন্টারফেস উপাদান (টিআইএম) থেকে ভিন্ন, এটি নিজে থেকে ইন্টারফেসিয়াল এয়ার ফাঁকগুলি দূর করতে পারে না, তাই এটি একটি স্বতন্ত্র প্রতিস্থাপনের পরিবর্তে একটি টিআইএম স্তরের সাথে একসাথে প্রয়োগ করা হয়।

লেপ এবং টিআইএম-এর মধ্যে বিভ্রান্তি কেন অব্যাহত থাকে

AI কম্পিউটিং বুমের পাশাপাশি থার্মাল ইন্টারফেস উপকরণের চাহিদা তীব্রভাবে বেড়েছে, এমনকি Nvidia তার সর্বোচ্চ-পাওয়ার চিপগুলির জন্য হীরা-ভিত্তিক তাপীয় উপকরণগুলির মূল্যায়ন করছে এমন প্রতিবেদনের সাথে। এই বৃদ্ধির মধ্যে, একটি নতুন বিভাগ, তাপীয় পরিবাহী নিরোধক আবরণ বাজারে প্রবেশ করেছে এবং প্রায়শই ড্রপ-ইন টিআইএম বিকল্প হিসাবে ভুল করা হয়।

দুটি উপকরণ বিভিন্ন কাজ পরিবেশন করে। একটি টিআইএম, যেমন একটি থার্মাল প্যাড বা গ্রীস, একটি বিশুদ্ধ ইন্টারফেস ফিলার যার মূল কাজ হল দুটি মিলনের পৃষ্ঠের মধ্যে বাতাসের ব্যবধান দূর করা। একটি তাপীয় পরিবাহী অন্তরক আবরণ হল একটি কার্যকরী অন্তরক স্তর: এর মূল মান হল উচ্চ-ভোল্টেজ বিচ্ছিন্নতা এবং ডিভাইস বা হিটসিঙ্কের জন্য একটি সমতল ভিত্তি। একবার নিরাময় হয়ে গেলে, আবরণ পৃষ্ঠটি এখনও মাইক্রোস্কোপিক শিখর এবং উপত্যকা বহন করে, তাই দক্ষ সিস্টেম-স্তরের তাপ স্থানান্তর অর্জনের জন্য এটির উপরে একটি টিআইএম স্তর প্রয়োজন।

স্টেজ ওয়ান: থ্রু-হোল প্যাকেজে প্রাকৃতিক কুলিং

সারফেস-মাউন্ট প্রযুক্তি স্ট্যান্ডার্ড হওয়ার আগে, TO সিরিজের মতো থ্রু-হোল প্যাকেজ ব্যবহার করা পাওয়ার ডিভাইসগুলি। তাপ চিপ থেকে একটি ধাতব লিডফ্রেমের মাধ্যমে, পিনের মধ্য দিয়ে, PCB জুড়ে এবং অবশেষে একটি বাহ্যিক হিটসিঙ্কে ভ্রমণ করে।

থার্মাল ইন্টারফেস উপকরণ এই পর্যায়ে এখনও আদিম ছিল. প্রকৌশলীরা সাধারণ জিঙ্ক অক্সাইড বা অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড কণা দ্বারা ভরা সাধারণ সিলিকন-ভিত্তিক তাপীয় গ্রীসের উপর নির্ভর করত, প্রধানত তাপ ছড়ানোর পরিবর্তে নিরোধকের জন্য। ডিভাইসের শক্তির মাত্রা যথেষ্ট কম ছিল যে TO প্যাকেজ প্রতি ওয়াট 50 থেকে 80 ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপীয় প্রতিরোধ এখনও গ্রহণযোগ্য ছিল, যদিও পাতলা পিন ক্রস-সেকশনগুলি উচ্চ প্রতিরোধের সৃষ্টি করেছিল এবং স্রোত বৃদ্ধির সাথে সাথে সামান্য হেডরুম বাম ছিল।

পর্যায় দুই: নিচের দিকের কুলিং এর দুই দশক

যেহেতু পাওয়ার সাপ্লাই এবং মোটর ড্রাইভ পরিবর্তন করার ফলে বিদ্যুতের ঘনত্ব বেশি হয়, শিল্পটি বটম-সাইড কুলিং (BSC) তে স্থানান্তরিত হয়, পিসিবি নিজেই প্রথম পর্যায়ের হিটসিঙ্ক হিসেবে ব্যবহার করে। এই স্থাপত্যটি তিন প্রজন্ম জুড়ে প্রায় বিশ বছর ধরে পাওয়ার প্যাকেজিংয়ে আধিপত্য বিস্তার করেছিল।

এই প্যাকেজগুলির সাথে ধাপে ধাপে টিআইএম প্রযুক্তি পরিপক্ক হয়েছে। স্ট্যান্ডার্ড থার্মাল গ্রীস সর্বব্যাপী হয়ে ওঠে, ফেজ পরিবর্তনের উপকরণগুলি একটি কঠিন-অ্যাট-টেম্পারেচার বিকল্প হিসাবে ব্যবহার করা হয় যা পাম্প-আউট ছাড়াই 5 থেকে 10 W/m·K পরিবাহিতার জন্য 45 থেকে 60 ডিগ্রি সেলসিয়াসের কাছাকাছি নরম করে এবং সিলিকন বা অ্যাক্রিলেট বেসগুলিতে তৈরি তাপ প্যাডগুলি অ্যালুম-আউটের সাথে 60-60 ডিগ্রি সেলসিয়াসে পৌঁছে যায়। ফিলার লোডিং বেড়ে যাওয়ায় W/m·K।

পর্যায় তিন: ওয়াইড-ব্যান্ডগ্যাপ ডিভাইসের জন্য টপ-সাইড কুলিং

সিলিকন কার্বাইড (SiC) এবং গ্যালিয়াম নাইট্রাইড (GaN) ডিভাইসের উত্থান, তাদের উচ্চতর সুইচিং গতি, ভোল্টেজ রেটিং এবং পাওয়ার ঘনত্ব, নীচের দিকের শীতলতার সীমাকে উন্মোচিত করেছে। শিল্পের প্রতিক্রিয়া ছিল টপ-সাইড কুলিং (টিএসসি): প্যাকেজের শীর্ষে একটি উন্মুক্ত ধাতব প্লেট সরাসরি পিসিবিকে বাইপাস করে একটি হিটসিঙ্ক বা কোল্ড প্লেটের সাথে সংযোগ করে।

কিভাবে একটি তাপীয় পরিবাহী অন্তরক আবরণ স্ট্যাক পরিবর্তন করে

এই স্যান্ডউইচটিকে সহজ করার জন্য, শিল্পটি একটি সমন্বিত নিরোধক-প্লাস-পরিবাহী উপাদান হিসাবে জলবাহিত ইপোক্সি তাপীয় পরিবাহী নিরোধক আবরণ তৈরি করেছে। লক্ষ্য হল একটি টিআইএম স্তর এবং একটি সিরামিক অন্তরক শীটকে একটি একক আবরণ দিয়ে প্রতিস্থাপন করা, একটি নতুন তাপ পথ তৈরি করা: চিপ, একটি টিআইএম স্তর, উপরের দিকে তাপীয় পরিবাহী নিরোধক আবরণ, তারপর জল-শীতল প্লেট বা হিটসিঙ্ক।

প্রোডাকশন-গ্রেড লেপগুলি আজ কেমন দেখাচ্ছে

2022 সাল থেকে, 800V বৈদ্যুতিক যানবাহন প্ল্যাটফর্মের আকার বেড়ে যাওয়ায়, TSC প্যাকেজিং জলবাহিত ইপোক্সি আবরণ প্রযুক্তির পাশাপাশি ব্যাপক উৎপাদন পরিপক্কতায় পৌঁছেছে। MEPCOAT-এর MEP 3700 সিরিজ হল একটি প্রতিনিধিত্বমূলক পণ্য, যা 2 W/m·K এর তাপ পরিবাহিতাকে 3,000 থেকে 6,000V উচ্চ-ভোল্টেজ নিরোধক, শক্তিশালী ইন্টারফেসিয়াল আনুগত্য এবং একটি একক স্তরে স্বয়ংচালিত-গ্রেড নির্ভরযোগ্যতার সাথে একত্রিত করে।

হাজার হাজার তাপমাত্রা চক্র এবং 96 ঘন্টা সল্ট স্প্রে এক্সপোজার জুড়ে স্বয়ংচালিত-গ্রেডের বৈধতার বাইরে, এই আবরণগুলি সুনির্দিষ্ট বেধ নিয়ন্ত্রণ সমর্থন করে: একটি একক পাস পাঁচ মাইক্রনের মতো কম রাখতে পারে, বা ক্রমাগত স্প্রে-এবং-নিরাময় চক্রগুলি বুদবুদ এবং শূন্যতা এড়ানোর সময় লক্ষ্য পুরুত্ব পর্যন্ত তৈরি করতে পারে যা অন্যভাবে ক্ষতিকর হতে পারে।

কেন আর্কিটেকচার বিকশিত হয়

এই ইতিহাসের প্রতিটি পর্যায়, থ্রু-হোল প্রাকৃতিক শীতলকরণ থেকে শুরু করে দুই দশকের নীচের দিকের শীতল থেকে তাপীয় পরিবাহী নিরোধক আবরণের সাথে আজকের উপরের দিকের শীতলকরণ, একই অন্তর্নিহিত যুক্তি অনুসরণ করে: তাপ পথকে ছোট করুন, ইন্টারফেসের সংখ্যা কাটা, তাপ অপচয়ের বিরুদ্ধে ভারসাম্য নিরোধক, এবং ছোট ডিভাইসগুলির সাথে মানিয়ে নিন। যেহেতু SiC গ্রহণ ছড়িয়ে পড়ছে এবং গাড়ির ভোল্টেজ প্ল্যাটফর্মগুলি 800V অতিক্রম করছে, মাল্টিলেয়ার প্যাড এবং সিরামিক শীটগুলির সীমা উপেক্ষা করা কঠিন হয়ে উঠেছে, এবং লেপ-প্লাস-টিআইএম পেয়ারিং কমপ্যাক্ট, উচ্চ-শক্তি-ঘনত্বের বৈদ্যুতিক ড্রাইভ ইউনিটগুলির জন্য ব্যবহারিক উপায় হিসাবে আবির্ভূত হচ্ছে।

একটি তাপীয় পরিবাহী নিরোধক আবরণ কি তাপীয় গ্রীস বা প্যাডগুলিকে সম্পূর্ণরূপে প্রতিস্থাপন করে?

না। একটি আবরণ এখনও নিরাময়ের পরেও আণুবীক্ষণিক পৃষ্ঠের অনিয়ম ছেড়ে যায়, তাই একটি টিআইএম যেমন তাপীয় গ্রীস বা একটি তাপীয় প্যাড চূড়ান্ত ইন্টারফেসিয়াল এয়ার গ্যাপ পূরণ করতে প্রয়োজনীয় থাকে।

কেন SiC এবং GaN ডিভাইসের জন্য টপ-সাইড কুলিং প্রয়োজনীয় হয়ে উঠেছে?

ওয়াইড-ব্যান্ডগ্যাপ ডিভাইসগুলি দ্রুত স্যুইচ করে, উচ্চ ভোল্টেজে চালায় এবং লিগ্যাসি সিলিকন যন্ত্রাংশের তুলনায় একটি ছোট ফুটপ্রিন্টে আরও বেশি শক্তি প্যাক করে এবং PCB-এর মাধ্যমে নীচের দিকের কুলিং এই ডিভাইসগুলি যে তাপ তৈরি করে তার সাথে তাল মিলিয়ে চলতে পারে না।

একটি সিরামিক অন্তরক শীট উপর একটি আবরণ প্রধান নির্ভরযোগ্যতা সুবিধা কি?

আবরণটি শারীরিক যোগাযোগের উপর নির্ভর না করে হিটসিঙ্ক পৃষ্ঠের সাথে একটি রাসায়নিক বন্ধন তৈরি করে এবং এর ইপোক্সি ম্যাট্রিক্সে কোন সিরামিক ভঙ্গুর-ক্র্যাকিং ঝুঁকি নেই, তাই এটি স্বয়ংচালিত-গ্রেড কম্পন এবং তাপীয় সাইক্লিংয়ের অধীনে আরও ভালভাবে ধরে রাখে।

একটি তাপ পরিবাহী নিরোধক আবরণ কি অনিয়মিত বা বাঁকা ডিভাইস পৃষ্ঠতল আবরণ করতে পারে?

হ্যাঁ। যেহেতু এটি একটি প্রি-কাট শীট হিসাবে নয় বরং স্প্রে দ্বারা প্রয়োগ করা হয়, এটি একটি একক প্রক্রিয়া ধাপে বাঁকা পৃষ্ঠ, খাঁজ এবং ছোট টপ-সাইড কুলিং ডিভাইসের জ্যামিতিগুলিকে সম্পূর্ণরূপে মোড়ানো করতে পারে৷