CCPAK تمكّن أجهزة WBG – أخبار إلكترونيات الطاقة

بفضل الابتكارات التي تم تقديمها باستخدام تقنية الحزمة النحاسية (CCPAK) ، تقدم Nexperia خبرتها الطويلة في إنتاج عبوات SMD عالية الجودة وقوية إلى محفظة نيتريد الغاليوم الخاصة بها. استنادًا إلى تقنية مثبتة ، يوفر CCPAK أداءً رائدًا في الصناعة في حزمة خالية من السندات السلكية مُحسَّنة للأداء الحراري والكهربائي ، مما يبسط تصميم تكوين كود الكود ويزيل الحاجة إلى برامج تشغيل وأدوات تحكم معقدة.

قدمت Nexperia تقنية LFPAK في عام 2002. وكان هذا خروجًا ملحوظًا وجذريًا عن تصميمات اليوم بسبب المشابك المستمرة المميزة والمسامير الطرفية ذات الأجنحة النورس. مقاومة كهربائية وحرارية منخفضة جدًا على مستوى ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، إلى جانب مستوى منخفض جديد من R_{DS (تشغيل)}بفضل هذه التكنولوجيا.

والمثير للدهشة أن الأمر تطلب بعض الإقناع لإقناع الصناعة بأن جهازًا بحجم نصف سابقه (DPAK) يمكن أن يكون له نفس الأداء الحراري ولكن أداء كهربائي أفضل وأن مشبك النحاس الجديد كان أكثر موثوقية من الأسلاك الرابطة. أكثر من 400 جهاز تغطي سبعة أنواع مختلفة من التصميم ، أو حوالي 90٪ من خط إنتاج Nexperia ، تعتمد على LFPAK وتساهم في الكفاءة الإجمالية للتصميم.

بدأ كل شيء مع LFPAK

في تطبيقات السيارات والصناعية ، ازدادت الحاجة إلى الطاقة العالية في الإلكترونيات الحديثة. يعد خرج الطاقة بالكيلووات مطلبًا نموذجيًا للتطبيقات مثل محركات المحركات أو العاكسات أو أجهزة الشحن الموجودة على متن الطائرة. هذا يعني أنه يتم نقل الحاجة إلى التعامل مع طاقة أكبر إلى المكونات ، خاصةً وحدات MOSFET ، بسبب قيود المساحة الموجودة في الوحدات النمطية.

05.17.2023

05.15.2023

05.15.2023

تم تصميم تقنية LFPAK لتلبية المتطلبات الصعبة القادمة من تطبيقات إلكترونيات الطاقة. بالمقارنة مع أجهزة الربط السلكي التقليدية ، يوفر LFPAK العديد من المزايا ، بما في ذلك الحجم الصغير وكثافة الطاقة العالية والحث الطفيلي المنخفض. استنادًا إلى تقنية Cu-clip bond ، لعبت هذه الحزم دورًا أساسيًا في السماح لوحدات الترانزستورات الفلورية الفلورية القائمة على السيليكون بتحقيق قدرة عالية التيار.

بالمقارنة مع تقنية D2PAK ، بناءً على السندات السلكية ، تقدم LFPAK المزايا التالية:

• يمنع الازدحام الحالي المترجمة
• يسمح بانتشار تيار أكثر اتساقًا
• يعمل بمثابة غرفة التبريد حتى الموت

يظهر الهيكل الداخلي لـ LFPAK MOSFET في الشكل 1. يمكن أن تتحمل مشابك النحاس درجات حرارة عالية جدًا ، حيث تبلغ درجة حرارة انصهار النحاس حوالي 900 درجة مئوية. قالب السيليكون ، بسبب عملية المنشطات ، يمكن أن يعمل حتى 250 درجة مئوية دون المساس بأداء التحويل. يمكن لمركب القالب البلاستيكي ، الذي تم اختيار تركيبته بعناية لتحمل مواصفات درجات الحرارة العالية ، أن يتصلب ويصبح هشًا عند حوالي 190 درجة مئوية وما فوق. ونتيجة لذلك ، فإن المكونات الداخلية للـ MOSFET إما قادرة بشكل طبيعي على تحمل درجات الحرارة> 175 درجة مئوية أو يتم اختيارها خصيصًا للقيام بذلك.

الحد الأقصى لدرجة حرارة التوصيل لدوائر MOSFET يقتصر على 175 درجة مئوية نظرًا لمعايير الموثوقية التي يجب أن تلتزم بها وحدات MOSFET. وفقًا لمعايير الصناعة ، تستخدم Nexperia حدًا لدرجة الحرارة يبلغ 175 درجة مئوية لتأهيل MOSFET واختبار العمر الافتراضي.

تتطلب صناعة الحوسبة تيارًا عاليًا بشكل استثنائي لتشغيل أحدث جيل من المعالجات ووحدات التحكم الدقيقة ، ولهذا السبب ابتكرت Nexperia تقنية LFPAK. بدأ تيار الذروة يقترب من 200 ألف وما بعده حيث جلبت كل عقدة جديدة لتكنولوجيا السيليكون المزيد من الترانزستورات على الرقاقة بشكل كبير مع تقليل جهد الإمداد. نظرًا لأن حزمة الترانزستور SO-8 القياسية لا يمكنها التعامل مع كل شيء ، كان لابد من أن تصبح تصميمات مصدر الطاقة أكثر تعقيدًا ، باستخدام حزم أكبر مثل DPAK وحتى D2PAK.

لاستبدال DPAK أو D2PAK ، تم تطوير LFPAK56 لتوفير طاقة أكبر من بصمة حزمة SO-8 الواسعة الانتشار. على الرغم من وجود أقل من نصف حجم البصمة (LFPAK’s 30 ملم²، مقارنة بـ 70 ملم DPAK²) ، الجيل الأولي من 25-V MOSFETs في LFPAK56 (التي تدين باسمها لحجمها 5 × 6 مم) عرض R_{DS (تشغيل)} وأقصى ما يعادل تيار التصريف للأجهزة المماثلة في DPAK. نظرًا لمساحة المقطع العرضي الهائلة ، فإن مرفق مشبك النحاس ، الذي يحل محل وصلات الأسلاك الرابطة التقليدية بين القالب والإطار الرئيسي ، يحسن الأداء الكهربائي والحراري بشكل كبير.

كيف أن LFPAK56 ، بحجم أقل من نصف حجم DPAK ، يمكن أن يحقق أداء حراريًا متساويًا حير الصناعة في البداية. على الرغم من أن فيزياء لحام القصاصة مباشرة إلى وصلة المصدر على الجهاز قد قضت على مناطق الكثافة الحالية العالية التي توجد غالبًا عند ربط أسلاك السندات ، شكك آخرون في موثوقية مرفق القصاصة. وبالتالي ، فإن مشبك النحاس يحمي الترانزستور عن طريق منع تطور “النقاط الساخنة” الحرارية في مواقع محددة.

أظهر اختبار الموثوقية والأداء الحراري أن LFPAK يمكن أن تفي بوعودها. علاوة على ذلك ، اجتاز LFPAK56 تأهيل السيارات المطلوب 2 × AEC-Q101 ، متجاوزًا جميع المعايير بهامش كبير.

يقلل مشبك النحاس أيضًا من محاثة الحزمة ، والتي تقل بمقدار 3 مرات عن الحزم التقليدية المرتبطة بالأسلاك ، مما يسمح بكفاءة تحويل أعلى وتداخل كهرومغناطيسي أقل (EMI). في تصميمات إمدادات الطاقة الحالية ، والتي تهدف إلى ترددات أعلى لتوفير كثافة طاقة أكبر واستجابة ديناميكية أسرع ، أصبح تعزيز كفاءة التحويل أمرًا بالغ الأهمية.

يضيف CCPAK دعمًا لأشباه الموصلات WBG

التطور الطبيعي لتقنية LFPAK هو CCPAK ، الذي تم تطويره لتعزيز معالجة الطاقة والكفاءة الكهربائية وقدرات الموثوقية التي يوفرها الجيل القادم من الأجهزة ذات فجوة النطاق العريض (WBG).

أحدثت تقنية مشبك النحاس من Nexperia ثورة في صناعة تعبئة الطاقة ووضعت معيارًا للأداء والكفاءة منذ ذلك الحين. مع إدخال مشبك النحاس في عام 2002 ، يستخدم الآن أكثر من 90٪ من خط إنتاج Nexperia حزمة LFPAK الخالية من الضياع. هذه التكنولوجيا بارزة في CCPAK1212 الجديد ، الموضح في الشكل 2 ، والذي يضم أحدث GaN FETs من Nexperia.

يمكن تلخيص الميزات الرئيسية لهذه الحزمة المبتكرة الأخيرة على النحو التالي:

• عامل شكل صغير (12 × 12 مم) وارتفاع عبوة منخفض (2.5 مم) مقارنةً بالتعبئة التقليدية عبر الفتحات مثل TO-247
• خالية من السندات السلكية من أجل الحث المنخفض ومقاومة الحزمة المنخفضة للغاية ؛ يوفر مقطع النحاس محاثات أقل بمقدار 3 مرات من الحزم القياسية في الصناعة لتقليل خسائر التحويل و EMI
• يؤدي جناح النورس المرن إلى توفير موثوقية أعلى على مستوى اللوحة وفحص بصري سهل مما يوفر التوافق مع لحام SMD والفحص البصري التلقائي
• أداء حراري ممتاز مع مقاومة حرارية أقل من 0.5 ك / وات ، مما يوفر التبريد والتشغيل الأمثل بدرجة حرارة قصوى تبلغ 175 درجة مئوية
• يتوفر خياران للتبريد: تبريد الجانب السفلي (CCPAK1212) وتبريد الجانب العلوي (CCPAK1212i)

CCPAK1212 هي حزمة مثالية لترانزستورات الطاقة القائمة على GaN من Nexperia. يعتبر مشبك GaN و Cu تطابقًا رائعًا ، حيث يمكن أن توفر تقنية WBG كفاءة رائعة في دوائر التبديل السريع ، وتلبية المتطلبات الأكثر تطلبًا من صناعة السيارات.

قامت Nexperia بشحن أكثر من 1.7 مليار قطعة في عام 2021 و 1.9 مليار قطعة أخرى في عام 2022 (أجهزة LFPAK ، بما في ذلك MOSFETs وترانزستورات الطاقة ثنائية القطب في LFPAK56 وإصداراتها الأحدث ، والتي تراوحت في الحجم من أصغر 3 × 3 مم LFPAK33 إلى أكبر 8 × 8 ملم LFPAK88). مع إضافة CCPAK1212 الجديد إلى مجموعة منتجات Cu-clip ، تعتقد Nexperia أن هذه التقنية ستستمر في لعب دور مهم في أشباه موصلات الطاقة المتطورة لسنوات عديدة ، سواء باستخدام أجهزة GaN أو SiC أو MOSFET.

مرجع

¹ياندوك ، د. (16 ديسمبر 2022). “كيف يصنع مشبك النحاس حزمًا مثالية لمستقبل الطاقة.” مشاركة مدونة.

قم بزيارة الكتاب الإلكتروني للحصول على المقالة كاملة

Maurizio Di Paolo Emilio حاصل على درجة الدكتوراه في الفيزياء ومهندس اتصالات. عمل في العديد من المشاريع الدولية في مجال أبحاث موجات الجاذبية ، وتصميم نظام التعويض الحراري (TCS) وأنظمة الحصول على البيانات والتحكم فيها ، وفي مشاريع أخرى حول الحزم الميكروية للأشعة السينية بالتعاون مع جامعة كولومبيا ، وأنظمة الجهد العالي وتقنيات الفضاء. للاتصالات والتحكم في المحركات مع ESA / INFN. تم تطبيق TCS على تجربتي Virgo و LIGO ، التي اكتشفت موجات الجاذبية لأول مرة وحصلت على جائزة نوبل في عام 2017. منذ عام 2007 ، كان مراجعًا للمنشورات العلمية للأكاديميين مثل مجلة Microelectronics Journal ومجلات IEEE. علاوة على ذلك ، فقد تعاون مع شركات صناعة إلكترونية مختلفة والعديد من المدونات والمجلات الإيطالية والإنجليزية ، مثل Electronics World و Elektor و Mouser و Automazione Industriale و Electronic Design و All About Circuits و Fare Elettronica و Elettronica Oggi و PCB Magazine ، كاتب / محرر تقني متخصص في عدة مواضيع في الإلكترونيات والتكنولوجيا. من عام 2015 إلى عام 2018 ، كان رئيس تحرير Firmware و Elettronica Open Source ، وهما مدونات ومجلات تقنية لصناعة الإلكترونيات. شارك في العديد من المؤتمرات كمتحدث في الكلمات الأساسية لموضوعات مختلفة مثل الأشعة السينية وتقنيات الفضاء وإمدادات الطاقة. يستمتع موريزيو بكتابة وإخبار القصص حول إلكترونيات الطاقة وأشباه الموصلات ذات فجوة الحزمة العريضة والسيارات وإنترنت الأشياء والمدمجة والطاقة والحوسبة الكمومية. ماوريتسيو هو محرر محتوى في AspenCore منذ عام 2019. وهو حاليًا رئيس تحرير Power Electronics News و EEWeb ومراسلًا لـ EE Times. وهو مضيف برنامج PowerUP ، وهو بودكاست حول إلكترونيات الطاقة ، ومروج ومنظم مؤتمر PowerUP الافتراضي ، وهو قمة يتحدث فيها المتحدثون الرائعون كل عام عن اتجاهات تصميم إلكترونيات الطاقة. علاوة على ذلك ، فقد ساهم في عدد من المقالات التقنية والعلمية بالإضافة إلى عدد من كتب Springer حول حصاد الطاقة وأنظمة الحصول على البيانات والتحكم فيها.