Hoy en día, la descarbonización y la digitalización impulsan la tecnología de gestión energética hacia nuevas tendencias. Aumentar la eficiencia, reducir el peso de los equipos, aumentar la densidad de potencia y aumentar la autonomía de los vehículos eléctricos son temas de interés común en nuestra vida diaria. Durante mucho tiempo, en la industria de los semiconductores, la evolución de la tecnología de semiconductores de potencia, analógicos y digitales se ha centrado en el desarrollo de una baja carbonización. Por ejemplo, la evolución de los nodos de procesamiento de chips digitales se ha centrado principalmente en la oblea, con un desarrollo constante hacia chips de menor tamaño y menor impedancia de conducción.
En el caso de los semiconductores de potencia basados en silicio, la tecnología de superunión de alto voltaje prácticamente ha alcanzado su límite físico en términos del coeficiente de figura de mérito (valor FOM). En este caso, el encapsulado se convierte en un obstáculo que debe superarse para seguir mejorando la impedancia de conducción o la eficiencia energética.
Uno de los esfuerzos de Infineon para reducir el carbono (es decir, reducir el consumo de energía y mejorar la eficiencia) es el paquete de enfriamiento superior (TSC) certificado por JEDEC”. Los paquetes de enfriamiento superior (TSC) QDPAK y DDPAK para MOSFET de alto voltaje, dijo, y agregó que además de los dispositivos de potencia basados en silicio, el carburo de silicio caliente actual (SiC), el nitruro de galio (GaN) y otros semiconductores de tercera generación también se basan en una tecnología de empaquetado más nueva para llevar el rendimiento del chip al extremo.
Ventajas del paquete de refrigeración superior
El encapsulado de refrigeración superior (TSC) es el predecesor del QDPAK y el DDPAK, que en realidad es el conocido encapsulado DPAK (TO252). El QDPAK equivale aproximadamente a cuatro DPAks uno al lado del otro, mientras que el DDPAK equivale a dos DPAks uno al lado del otro (DPAK doble).
Las principales ventajas de este tipo de embalaje son las siguientes:
1. Para satisfacer mayores requisitos de potencia: optimizar el uso del espacio de la placa de circuito, la conexión del polo de la fuente Kelvin, reducir la inductancia parásita del polo de la fuente;
2. Aumentar la densidad de potencia: la disipación de calor superior puede lograr la máxima utilización de la placa de circuito; la estructura optimizada tiene baja resistencia e inductancia parásita ultrabaja para lograr una mayor eficiencia.
3. Reducción de peso : La optimización integrada de la disipación de calor y la calefacción ayuda a crear una carcasa más pequeña, reduciendo así el uso de material y el peso.
Aplicación del paquete de enfriamiento superior
Sin embargo, a medida que los centros de datos, las estaciones de comunicación inalámbrica 4G y 5G y otros dispositivos requieren una densidad de potencia cada vez mayor y tamaños de dispositivo más pequeños, comienzan a requerir el uso de menos o ningún disipador de calor independiente en el diseño de la placa de circuito para aplicaciones de energía y, al mismo tiempo, más calor distribuido uniformemente fuera de todo el dispositivo.
1. Estaciones base 5G
En la gestión térmica de las comunicaciones 5G , las estaciones base se diseñan actualmente sin ventilador, de forma similar a los cargadores de teléfonos móviles. Sin embargo, estas estaciones suelen depender de la disipación de calor mediante una carcasa metálica cerrada; sin una cubierta superior de cobre expuesto, los dispositivos de alimentación no pueden transferir el calor de forma eficaz y uniforme a la carcasa.
2. Centro de datos
El segundo escenario principal es la solución térmica para centros de datos , donde, como demuestra la reciente explosión de ChatGPT, la demanda humana interminable de datos crece a un ritmo casi exponencial, lo que impone mayores exigencias a la eficiencia de la conversión de energía y al número de dispositivos que se pueden instalar en el mismo espacio.
3. Vehículos de nueva energía
Otro escenario de aplicación es la solución térmica para vehículos de nueva energía . Actualmente, para cumplir con los requisitos de diseño de los vehículos eléctricos, la industria aumenta constantemente la eficiencia energética de los semiconductores de potencia, a la vez que se compromete a reducir el área que ocupan en la placa de circuito impreso (PCB). En este contexto, los requisitos de densidad de potencia también son muy altos. La refrigeración superior podría ayudar a los ingenieros a diseñar vehículos de nueva energía con más espacio para la parte alimentada por la batería.
Para disipadores de calor IGBT , generalmente se utilizan disipadores de convección forzada. Por supuesto, cuando la densidad de calor es alta, la placa inferior del disipador adopta un sistema de tubos de calor enterrados. De manera similar, cuando la densidad de potencia supera los 1000 W, se suele adoptar una solución de refrigeración líquida para resolver el problema de la disipación de calor. Muchos fabricantes de chips IGBT recomiendan a sus clientes al menos dos proveedores o soluciones de disipadores de calor adicionales, para que puedan evitar depender de un solo proveedor.
