پاور سپلائی کولنگ کے لیے سرکٹ کی کارکردگی اور لاگت کو کیسے بہتر بنایا جائے۔

جب پروڈکٹ سسٹم کی گرمی بڑھ جاتی ہے تو سسٹم کی بجلی کی کھپت میں تیزی سے اضافہ ہوتا ہے، اس لیے پاور سسٹم کو ڈیزائن کرتے وقت، زیادہ کرنٹ کے ساتھ حل کا انتخاب کیا جائے گا، جو لامحالہ لاگت میں اضافے کا باعث بنے گا۔ ایک خاص مقام پر، لاگت تیزی سے بڑھ جاتی ہے۔ آئیے میں آپ کے ساتھ پاور سپلائی کولنگ ڈیزائن اور سمولیشن پر ایک مضمون شیئر کرتا ہوں۔

تھرمل سمولیشن پاور پروڈکٹس تیار کرنے اور مصنوعات کے مواد کے لیے رہنما خطوط فراہم کرنے کا ایک اہم حصہ ہے۔ ماڈیول فارم فیکٹر کو بہتر بنانا ٹرمینل آلات کے ڈیزائن میں ایک ترقی کا رجحان ہے، جو دھاتی ہیٹ سنک سے پی سی بی کاپر لیئر تھرمل مینجمنٹ میں سوئچ کرنے کا مسئلہ لاتا ہے۔ آج کے کچھ ماڈیولز سوئچ موڈ پاور سپلائیز اور بڑے غیر فعال اجزاء کے لیے کم سوئچنگ فریکوئنسی استعمال کرتے ہیں۔ لکیری ریگولیٹرز وولٹیج کے ترجمہ اور پرسکون کرنٹ کے لیے کم کارگر ہوتے ہیں جو اندرونی سرکٹس چلاتے ہیں۔

جیسا کہ ڈیوائس ڈیزائن زیادہ فیچر سے بھرپور، کارکردگی کو بڑھانے والے، اور ڈیوائس ڈیزائنز زیادہ کمپیکٹ ہو جاتے ہیں، IC-سطح اور سسٹم کی سطح پر تھرمل سمولیشن اہم ہو جاتا ہے۔

کچھ ایپلی کیشنز 70 سے 125 ڈگری کے محیطی درجہ حرارت پر کام کرتی ہیں، اور کچھ ڈائی سائز آٹوموٹیو ایپلی کیشنز 140 ڈگری تک درجہ حرارت تک پہنچ سکتی ہیں، جہاں سسٹم کا بلاتعطل آپریشن ضروری ہے۔ الیکٹرانک ڈیزائن کو بہتر بناتے وقت دونوں قسم کی ایپلی کیشنز کے لیے درست عارضی اور جامد بدترین تھرمل تجزیہ تیزی سے اہم ہوتا جا رہا ہے۔

تھرمل مینجمنٹ

تھرمل مینجمنٹ کا چیلنج اعلی تھرمل کارکردگی، اعلی آپریٹنگ محیطی درجہ حرارت، اور تانبے کی تھرمل تہوں کے لیے کم بجٹ کو حاصل کرتے ہوئے پیکیج کے سائز کو کم کرنا ہے۔ اعلی پیکیجنگ کی کارکردگی کے نتیجے میں گرمی پیدا کرنے والے اجزاء کی زیادہ ارتکاز ہو گی، جس کے نتیجے میں IC اور پیکیج کی سطحوں پر بہت زیادہ گرمی کا بہاؤ ہو گا۔

سسٹم میں جن عوامل پر غور کرنا ہے ان میں کچھ دیگر پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈ پاور ڈیوائسز شامل ہیں جو تجزیہ ڈیوائس کے درجہ حرارت، سسٹم کی جگہ اور ہوا کے بہاؤ کے ڈیزائن/حدود کو متاثر کر سکتے ہیں۔ تھرمل مینجمنٹ میں تین عوامل پر غور کرنا ہے: پیکیج، بورڈ اور سسٹم

کم قیمت، چھوٹی شکل کا عنصر، ماڈیول انضمام، اور پیکیج کی وشوسنییتا پیکج کا انتخاب کرتے وقت غور کرنے کے چند پہلو ہیں۔ جیسا کہ لاگت ایک اہم بات بن جاتی ہے، لیڈ فریم پر مبنی تھرمل طور پر بہتر پیکجز مقبولیت حاصل کر رہے ہیں۔ اس پیکیج میں ایمبیڈڈ ہیٹ سنک یا ایکسپوزڈ پیڈ اور ہیٹ اسپریڈر قسم کے پیکجز شامل ہیں جو تھرمل کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے بنائے گئے ہیں۔ کچھ سطحی ماؤنٹ پیکجوں میں، خصوصی لیڈ فریموں میں ہیٹ اسپریڈر کے طور پر کام کرنے کے لیے پیکج کے ہر طرف کئی لیڈز فیوز ہوتی ہیں۔ یہ نقطہ نظر ڈائی پیڈ سے گرمی کی منتقلی کے لیے گرمی کی کھپت کا ایک بہتر راستہ فراہم کرتا ہے۔

آئی سی اور پیکیج تھرمل سمولیشن

تھرمل تجزیہ کے لیے تفصیلی اور درست سلکان ڈائی پروڈکٹ ماڈلز اور انکلوژر تھرمل خصوصیات کی ضرورت ہوتی ہے۔ سیمی کنڈکٹر سپلائرز سلیکون آئی سی تھرمل مکینیکل خصوصیات اور پیکیجنگ فراہم کرتے ہیں، جبکہ آلات بنانے والے ماڈیول مواد کے بارے میں معلومات فراہم کرتے ہیں۔ پروڈکٹ استعمال کرنے والے ماحول کی معلومات فراہم کرتے ہیں۔

یہ تجزیہ IC ڈیزائنرز کو آپریشن کے عارضی اور پرسکون طریقوں میں بدترین بجلی کی کھپت کے لیے پاور FET کے طول و عرض کو بہتر بنانے میں مدد کرتا ہے۔ بہت سے پاور الیکٹرانکس ICs میں، پاور FETs ڈائی ایریا کے ایک اہم حصے پر قابض ہیں۔ تھرمل تجزیہ ڈیزائنرز کو اپنے ڈیزائن کو بہتر بنانے میں مدد کرتا ہے۔

سلکان ڈائی سے ہیٹ سنک تک کم تھرمل مائبادی راستہ فراہم کرنے کے لیے منتخب کردہ پیکیج عام طور پر کچھ دھاتوں کو بے نقاب کرتا ہے۔ ماڈل کے لیے مطلوبہ کلیدی پیرامیٹرز درج ذیل ہیں:

سلیکن ڈائی سائز کا پہلو تناسب اور ڈائی موٹائی۔

پاور ڈیوائس کا علاقہ اور مقام، اور کوئی بھی معاون ڈرائیور سرکٹس جو گرمی پیدا کرتے ہیں۔

طاقت کی ساخت کی موٹائی (سلیکون چپ کے اندر پھیلاؤ)۔

ڈائی کنکشن کا علاقہ اور موٹائی جہاں سلکان ڈائی بے نقاب دھاتی پیڈز یا دھاتی ٹکڑوں سے منسلک ہے۔ ڈائی اٹیچ میٹریل ایئر گیپ فیصد شامل ہو سکتا ہے۔

بے نقاب دھاتی پیڈ یا دھاتی ٹکرانے کے کنکشن کا رقبہ اور موٹائی۔

مولڈنگ مواد اور کنکشن لیڈز کا استعمال کرتے ہوئے پیکیج کا سائز۔

ماڈل میں استعمال ہونے والے ہر مواد کے لیے تھرمل چالکتا کی خصوصیات درکار ہیں۔ اس ڈیٹا ان پٹ میں حرارت کی منتقلی کی تمام خصوصیات میں درجہ حرارت پر منحصر تبدیلیاں بھی شامل ہیں بشمول:

سلکان چپ تھرمل چالکتا

ڈائی اٹیچ، مولڈنگ میٹریل کی تھرمل چالکتا

دھاتی پیڈ یا دھاتی bumps کے کنکشن پر تھرمل چالکتا.

پیکیج کی قسم (پیکیج پروڈکٹ) اور پی سی بی کا تعامل

تھرمل سمولیشن کے لیے ایک اہم پیرامیٹر پیڈ سے ہیٹ سنک میٹریل تک تھرمل مزاحمت کا تعین کرنا ہے، جس کا تعین درج ذیل طریقوں سے کیا جا سکتا ہے:

ملٹی لیئر FR4 بورڈز (چار اور چھ پرتوں والے بورڈز عام ہیں)

واحد ختم سرکٹ بورڈ

اوپر اور نیچے والے بورڈز

تھرمل اور تھرمل مزاحمتی راستے نفاذ کے لحاظ سے مختلف ہوتے ہیں:

اندرونی ہیٹ سنک پینل پر تھرمل پیڈ یا ٹکرانے والے کنکشن پر تھرمل ویاس سے جڑیں۔ پی سی بی کی اوپری تہہ سے بے نقاب تھرمل پیڈ یا ٹکرانے والے کنکشن کو جوڑنے کے لیے سولڈر کا استعمال کریں۔

بے نقاب تھرمل پیڈ یا ٹکرانے والے کنکشن کے نیچے پی سی بی میں ایک کھلنا جو ماڈیول کے دھاتی دیوار سے منسلک ہیٹ سنک کی بنیاد سے جڑا جا سکتا ہے۔

میٹل کیس کے پی سی بی کے اوپر یا نیچے تانبے کی تہہ پر ہیٹ سنک کو ہیٹ سنک سے جوڑنے کے لیے دھاتی پیچ کا استعمال کریں۔ بے نقاب تھرمل پیڈ یا ٹکرانے کے کنکشن کو پی سی بی کی اوپری تہہ سے جوڑنے کے لیے سولڈر کا استعمال کریں۔

اس کے علاوہ، پی سی بی کی ہر پرت پر استعمال ہونے والی تانبے کی چڑھائی کا وزن یا موٹائی اہم ہے۔ تھرمل مزاحمتی تجزیہ کے لیے، بے نقاب پیڈ یا ٹکرانے والے کنکشن سے جڑی پرتیں اس پیرامیٹر سے براہ راست متاثر ہوتی ہیں۔ عام طور پر، یہ ایک ملٹی لیئر پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈ میں سب سے اوپر، ہیٹ سنک، اور نیچے کی پرتیں ہیں۔

زیادہ تر ایپلی کیشنز میں، یہ دو اونس کاپر (2 اونس کاپر=2.8 ملی میٹر یا 71 µm) بیرونی تہہ اور 1 اونس کاپر (1 اونس کاپر=1.4 ملی یا 35 µm) ہو سکتا ہے۔ اندرونی تہہ، یا تمام دونوں 1 اونس تانبے کی تہہ ہیں۔ کنزیومر الیکٹرانکس ایپلی کیشنز میں، کچھ تو {{10}}.5 اوز کاپر (0.5 اوز کاپر=0.7 ملی یا 18 µm) تہوں کا استعمال کرتے ہیں۔

ماڈل ڈیٹا

ڈائی ٹمپریچر کو سمولیٹ کرنے کے لیے ایک IC فلور پلان کی ضرورت ہوتی ہے جس میں ڈائی پر موجود تمام پاور FETs اور پیکیج سولڈرنگ گائیڈ لائنز کی تعمیل کرنے کے لیے ان کے اصل مقامات شامل ہوتے ہیں۔

تھرمل تقسیم کے لیے ہر FET کا سائز اور پہلو کا تناسب اہم ہے۔ غور کرنے کے لیے ایک اور اہم عنصر یہ ہے کہ آیا FETs کو بیک وقت یا ترتیب وار طور پر چلایا جاتا ہے۔ ماڈل کی درستگی کا انحصار جسمانی ڈیٹا اور استعمال شدہ مادی خصوصیات پر ہے۔

ماڈل کے جامد یا اوسط طاقت کے تجزیے کے لیے مختصر حساب کا وقت درکار ہوتا ہے اور سب سے زیادہ درجہ حرارت ریکارڈ ہونے کے بعد کنورجنس ہوتا ہے۔

عارضی تجزیہ کے لیے پاور بمقابلہ ٹائم ڈیٹا کی ضرورت ہوتی ہے۔ ہم نے ڈیٹا کو سوئچنگ پاور سپلائی کیس سے بہتر ریزولیوشن سٹیپ کا استعمال کرتے ہوئے ریکارڈ کیا تاکہ تیز رفتار بجلی کی دالوں کے دوران چوٹی کے درجہ حرارت میں اضافہ کو درست طریقے سے پکڑا جا سکے۔ یہ تجزیہ عام طور پر وقت طلب ہوتا ہے اور اس کے لیے جامد پاور سمیلیشنز سے زیادہ ڈیٹا ان پٹ کی ضرورت ہوتی ہے۔

یہ ماڈل ڈائی اٹیچ ایریا میں epoxy voids کی نقل کرتا ہے، یا PCB ہیٹ سنک میں voids کو چڑھانا۔ دونوں صورتوں میں، epoxy/plating voids پیکج کی تھرمل مزاحمت کو متاثر کر سکتے ہیں۔

تھرمل سمولیشن پاور پروڈکٹس تیار کرنے کا ایک اہم حصہ ہے۔ اس کے علاوہ، یہ تھرمل ریزسٹنس پیرامیٹرز کی ترتیب کے ذریعے، سلکان چپ کے FET جنکشن سے لے کر پروڈکٹ میں مختلف مواد کے نفاذ تک آپ کی رہنمائی کرتا ہے۔ ایک بار جب تھرمل مزاحمت کے مختلف راستوں کو سمجھ لیا جاتا ہے، تو بہت سے سسٹمز کو تمام ایپلی کیشنز کے لیے بہتر بنایا جا سکتا ہے۔

سندھا تھرمل پیشہ ور تھرمل ماہر ہے، ہم اپنے صارفین کے لیے بہترین تھرمل ڈیزائن فراہم کر سکتے ہیں، اور عالمی صارفین کے لیے انتہائی مسابقتی قیمت اور بہترین معیار کے ہیٹ سنک پیش کر سکتے ہیں۔ اگر آپ کے پاس کوئی تھرمل ضروریات ہیں تو براہ کرم ہم سے بلا جھجھک رابطہ کریں۔