Kā diodes darbojas stabili augstā - temperatūras sakaru vidē?

1, augstas temperatūras atteices mehānisms un veiktspējas degradācija
Veiktspējas mutācija, ko izraisa nesēja termiskā ierosme
Augstas temperatūras apstākļos tiek pastiprināta lādiņu nesēju termiskā ierosme pusvadītāju materiālos, izraisot ievērojamas izmaiņas diožu elektriskajās īpašībās. 150 grādos Schottky diožu apgrieztā noplūdes strāva palielinās par trim lieluma kārtām, salīdzinot ar 25 grādu vidi, tieši izraisot strauju enerģijas zuduma palielināšanos. 175 grādos regulārā PN krustojuma diodes priekšējā sprieguma kritums samazinās par 15%, izraisot ķēdes novirzes punktu novirzīšanos un ietekmē signāla integritāti.
Termiskā sprieguma izraisīto strukturālo bojājumu
Kad krustojuma temperatūra pārsniedz 150 grādus, uz silīcija - bāzes materiālam ir neatbilstība termiskās izplešanās koeficientam, izraisot metalizācijas slāņa mizu. Saskaņā ar faktiskajiem testa datiem no noteikta sakaru aprīkojuma ražotāja, savienojuma stieples atdalīšanas ātrums TO-220 iesaiņotajām diodēm pēc nepārtrauktas darbības 200 stundu laikā sasniedza 12%.
Augstas frekvences raksturīga degradācija
Augstā - frekvences scenārijos virs 100MHz ādas efekts koncentrē siltumu uz virsmas. Eksperimenti parādīja, ka tad, kad Sic Schottky diodes darbojas ar 200MHz frekvenci, virsmas temperatūra ir par 25 grādiem augstāka nekā ķermeņa temperatūra, kā rezultātā tiek pagarināts par 30% apgrieztā atjaunošanās laika un sakaru signāla kvalitātes pasliktināšanās.
2, izrāviens augstas temperatūras specializētā diožu materiālu tehnoloģijā
Platu joslu pusvadītāju materiālu pielietošana
SIC materiāls: BandGap platums 3,26EV, kritiskais sadalīšanās lauka stiprums 3MV/cm, kas ir 10 reizes lielāks nekā Si materiāls. 175 grādos Cree 1200 V Sic Schottky diodes apgrieztā noplūdes strāva ir tikai 0,1 μ A, kas ir divu lielumu zemāka nekā SI ierīcēm.
GaN materiāls: ar 2000 cm ²/v · s elektronu mobilitāti tas ir piemērots augstiem - frekvences scenārijiem. Pie 200 grādiem EPC uzņēmuma GAN HEMT ierīces pārslēgšanās zaudējumi ir tikai 0,5 W, kas ir par 60% zemāks nekā Si MOSFET.
2.2 Jauna metāla pusvadītāju kontakta struktūra
Atbildot uz augsto - Schottky diožu temperatūras noplūdes problēmu, Infineon pieņem TIW/NI/AG daudzslāņu metalizācijas procesu, un kontakta pretestība paliek zem 0,5 m Ω · cm ² 200 grādos. ROHM izstrādātā SBD (hibrīda barjera Schottky diode) samazina reversās noplūdes temperatūras koeficientu no 0,5%/ grāda līdz 0,1%/ grādam, ieviešot grēka pasivācijas slāni.
Iepakojuma tehnoloģijas jauninājumi
Keramikas substrāta iepakojums: DFN8 × 8 Iepakojums, izmantojot ALN keramikas substrātu, ar 3K/W termisko pretestību, kas ir par 40% zemāks nekā tradicionālais TO-252 iepakojums.
3D sakrauts iepakojums: AMKOR izstrādātā SIP iepakojuma tehnoloģija palielina siltuma plūsmas blīvumu no 5W/mm ² līdz 15W/mm ² caur TSV vertikālu savienojumu.
3, Sistēmas līmeņa termiskās pārvaldības risinājums
Aktīvā dzesēšanas tehnoloģija
Mikrokanāla šķidruma dzesēšana: Huawei bāzes stacijas izmanto silīcija - balstītas mikrokanāla šķidruma dzesēšanas plāksnes. Kad dzesēšanas šķidruma plūsmas ātrums ir 2 m/s, diodes krustojuma temperatūru var kontrolēt zem 120 grādu, kas ir par 30 grādiem zemāka par gaisu - atdzesēts šķīdums.
Fāzes maiņas siltuma izkliede: ZTE Corporation izstrādātajam ZTE Corporation izstrādātajam uz parafīnam balstītajam siltumam ir 200J/g, un tas var absorbēt 1000J siltuma fāzes maiņas punktā 150 grādu.
Inteliģenta temperatūras kontroles shēma
Dinamiskais strāvas ierobežojums: TI TPS25940 mikroshēma dinamiski pielāgo izejas strāvu, nosakot diodes iepakojuma temperatūru. Faktiskie testa dati rāda, ka strāvu var ierobežot līdz 70% no nominālās vērtības 150 grādos, pagarinot ierīces kalpošanas laiku trīs reizes.
Termocoupple aizvērts - cilpas vadība: ADI ADT7420 temperatūras sensors apvienojumā ar TEC saldēšanas mikroshēmu sasniedz ± 0,5 grādu temperatūras kontroles precizitāti, kas piemērota ekstrēmiem scenārijiem, piemēram, satelīta komunikācijai.
Termiskā elektriskā sadarbības dizains
PCB termiskā izkārtojuma optimizācija: 6 slāņu PCB dizaina pieņemšana, diodes siltuma avota slānis no signāla slāņa atdala ar 2 iekšējiem elektriskajiem slāņiem, samazinot termisko pretestību par 25%.
Termiskās simulācijas pārbaude: ANSYS ICEPAK programmatūras simulācija parāda, ka saprātīgs izkārtojums var samazināt diodes karstā punkta temperatūru no 180 grādiem līdz 140 grādiem un uzlabot sistēmu MTBF līdz 100000 stundām.
https://www.trrsemicon.com/transistor/voltage (