Oggi, la decarbonizzazione e la digitalizzazione stanno spingendo la tecnologia di gestione dell’energia verso nuove tendenze. Aumentare l’efficienza, ridurre il peso delle apparecchiature, aumentare la densità di potenza e aumentare l’autonomia dei veicoli elettrici sono tutti argomenti di interesse comune nella nostra vita quotidiana. Per un lungo periodo di tempo nel settore dei semiconduttori, l'evoluzione della tecnologia dei semiconduttori di potenza, dei semiconduttori analogici e dei semiconduttori digitali è stata incentrata sullo sviluppo della bassa carbonizzazione. Ad esempio, l'evoluzione completa dei nodi del processo dei chip digitali, l'evoluzione dei semiconduttori di potenza avviene principalmente nella parte wafer, in costante sviluppo verso dimensioni del chip più piccole e un'impedenza di conduzione inferiore.
Nel caso dei semiconduttori di potenza a base di silicio, la tecnologia della Super Giunzione ad alta tensione ha sostanzialmente raggiunto il suo limite fisico in termini di coefficiente di Figura di Merito (valore FOM in breve). In questo caso, l'imballaggio diventa il collo di bottiglia che deve essere rotto per continuare a migliorare l'impedenza di conduzione o l'efficienza energetica.
Uno degli sforzi di Infineon per ridurre le emissioni di carbonio, ovvero ridurre il consumo di energia e migliorare l’efficienza, è il Top Cooling Package (TSC) certificato JEDEC”. Pacchetti QDPAK e DDPAK top-cooled (TSC) per mosFeT ad alta tensione, ha affermato, aggiungendo che oltre ai dispositivi di potenza basati su silicio, gli attuali carburo di silicio caldo (SiC), nitruro di gallio (GaN) e altri semiconduttori di terza generazione si affidano inoltre a una tecnologia di packaging più recente per portare le prestazioni dei chip all'estremo.
Vantaggi del pacchetto di raffreddamento superiore
Il pacchetto di raffreddamento superiore (TSC) è il predecessore di QDPAK e DDPAK, che in realtà è il familiare pacchetto DPAK (TO252). QDPAK equivale all'incirca a quattro DPAk affiancati, mentre DDPAK è a due DPAk affiancati (Doppio DPAK).
I principali vantaggi di questo tipo di imballaggio sono i seguenti:
1. Per soddisfare requisiti di potenza più elevati: ottimizzare l'utilizzo dello spazio sul circuito stampato, connessione del polo sorgente Kelvin, ridurre l'induttanza parassita del polo sorgente;
2. Aumenta la densità di potenza: la dissipazione del calore superiore consente di ottenere il massimo utilizzo del circuito stampato; la struttura ottimizzata presenta una bassa resistenza e un'induttanza parassita estremamente bassa per raggiungere una maggiore efficienza.
3. Riduzione del peso : l'ottimizzazione integrata della dissipazione del calore e del riscaldamento contribuisce a creare un involucro più piccolo, riducendo così l'utilizzo di materiale e il peso.
Applicazione del pacchetto di raffreddamento superiore
Tuttavia, poiché i data center, le stazioni di comunicazione wireless 4G e 5G e altri dispositivi richiedono una densità di potenza sempre maggiore e dimensioni dei dispositivi più piccole, iniziano a richiedere l'uso di un dissipatore di calore indipendente minore o nullo nella progettazione dei circuiti stampati per le applicazioni di alimentazione, e a allo stesso tempo, più calore distribuito uniformemente all'esterno dell'intero dispositivo.
1. Stazioni base 5G
Nell'ambito della gestione termica delle comunicazioni 5G , le stazioni base sono attualmente progettate per essere prive di ventole, in modo simile all'ambiente dei caricabatterie per telefoni cellulari. Tuttavia, le stazioni base si affidano generalmente alla dissipazione del calore tramite un involucro metallico chiuso; senza la parte superiore con l'involucro in rame nudo, i dispositivi di alimentazione non possono trasferire il calore all'involucro in modo efficace e uniforme.
2. Centro dati
Il secondo scenario principale riguarda la soluzione termica per i data center , dove, come dimostra la recente esplosione di ChatGPT, l'infinita domanda umana di dati sta crescendo a un ritmo quasi esponenziale, ponendo maggiori esigenze in termini di efficienza della conversione energetica e numero di dispositivi installabili nella stessa superficie.
3. Veicoli a nuova energia
Un altro scenario applicativo riguarda le soluzioni termiche per i veicoli a energia alternativa . Attualmente, per soddisfare i requisiti di progettazione dei veicoli elettrici, l'industria sta costantemente aumentando l'efficienza energetica dei semiconduttori di potenza, impegnandosi al contempo a ridurre l'area del PCB occupata da questi ultimi. In questo contesto, anche i requisiti di densità di potenza sono molto elevati. Il raffreddamento dall'alto potrebbe aiutare gli ingegneri a progettare veicoli a energia alternativa con più spazio per la parte alimentata a batteria.
Per i dissipatori di calore degli IGBT , si utilizzano generalmente dissipatori a convezione forzata. Naturalmente, quando la densità di calore è elevata, la piastra inferiore del dissipatore adotta la soluzione dei tubi di calore interrati. Analogamente, quando la densità di potenza supera i 1000 W, si adotta generalmente la soluzione della piastra di raffreddamento a liquido per risolvere il problema della dissipazione del calore. Molte fabbriche di chip IGBT indicano ai clienti almeno due aziende o soluzioni di dissipazione del calore alternative, in modo che i clienti possano evitare di affidarsi a un solo fornitore.
