In che modo i diodi funzionano stabilmente in ambienti di comunicazione di temperatura - alti?

1, meccanismo di guasto ad alta temperatura e degrado delle prestazioni
Mutazione delle prestazioni causata dall'eccitazione termica del vettore
In condizioni di alta temperatura, l'eccitazione termica dei portatori di carica all'interno dei materiali a semiconduttore è migliorata, portando a cambiamenti significativi nelle caratteristiche elettriche dei diodi. A 150 gradi, la corrente di perdita inversa dei diodi di Schottky aumenta di tre ordini di grandezza rispetto all'ambiente a 25 gradi, causando direttamente un forte aumento della perdita di potenza. A 175 gradi, la caduta di tensione in avanti di un regolare diodo di giunzione PN diminuisce del 15%, causando la deriva del punto di distorsione del circuito e influenzando l'integrità del segnale.
Danno strutturale causato dallo stress termico
Quando la temperatura di giunzione supera i 150 gradi, il materiale a base di silicio- sperimenta una mancata corrispondenza nel coefficiente di espansione termica, portando alla peeling dello strato di metallizzazione. Secondo i dati di test effettivi di un determinato produttore di apparecchiature di comunicazione, il tasso di distacco del filo di legame dei diodi confezionati a 220 ha raggiunto il 12% dopo un funzionamento continuo a 200 gradi per 1000 ore.
Degrado caratteristico ad alta frequenza
In scenari di frequenza alti - sopra 100 MHz, l'effetto della pelle concentra il calore sulla superficie. Gli esperimenti hanno dimostrato che quando i diodi SIC Schottky operano a 200 MHz, la temperatura superficiale è di 25 gradi superiore alla temperatura corporea, con conseguente estensione del 30% dei tempi di recupero inverso e deterioramento della qualità del segnale di comunicazione.
2, svolta a temperatura di materiale a diodo specializzato ad alta temperatura
Applicazione di materiali a semiconduttore a banda larga
Materiale SIC: larghezza del gap di banda di 3,26ev, potenza del campo di rottura critico di 3mV/cm, che è 10 volte superiore al materiale SI. A 175 gradi, la corrente di perdita inversa del diodo Sic Schottky da 1200 V di Cree è solo 0,1 μ A, che è due ordini di grandezza inferiore a quello dei dispositivi SI.
Materiale GAN: con una mobilità elettronica di 2000 cm ²/v · s, è adatto per scenari di frequenza - alti. A 200 gradi, la perdita di commutazione del dispositivo GAN HEMT dell'azienda EPC è di soli 0,5 W, che è inferiore del 60% a quella del MOSFET SI.
2.2 Nuova struttura a contatto con semiconduttore in metallo
In risposta all'alto problema di perdita di temperatura - dei diodi Schottky, Infineon adotta il processo di metallizzazione multistrato TIW/NI/AG e la resistenza di contatto rimane inferiore a 0,5 m ω · cm ² a 200 gradi. Il diodo SBD (barriera ibrida Schottky) sviluppato da ROHM riduce il coefficiente di temperatura delle perdite inverse dallo 0,5%/ grado allo 0,1%/ grado introducendo uno strato di passivazione di sintesi.
Innovazione tecnologica per l'imballaggio
Imballaggio del substrato in ceramica: imballaggio DFN8 × 8 mediante substrato ceramico Aln, con una resistenza termica a partire da 3k/w, che è inferiore del 40% rispetto al tradizionale imballaggio TO-252.
Packaging impilato 3D: la tecnologia di imballaggio SIP sviluppata da Amkor aumenta la densità del flusso di calore da 5W/mm ² a 15W/mm ² attraverso l'interconnessione verticale TSV.
3, Soluzione di gestione termica a livello di sistema
Tecnologia di raffreddamento attivo
Raffreddamento liquido di microcanale: le stazioni di base di Huawei utilizzano piastre di raffreddamento liquido per microcanale basate sul silicio -. Quando la portata del refrigerante è di 2 m/s, la temperatura di giunzione del diodo può essere controllata al di sotto di 120 gradi, che è di 30 gradi inferiore all'aria - soluzione raffreddata.
Dissipazione del calore del cambiamento di fase: il materiale di cambiamento di fase composito a base di paraffina sviluppato da ZTE Corporation ha un calore latente di 200J/g e può assorbire 1000J di calore a un punto di cambio di fase di 150 gradi.
Circuito di controllo della temperatura intelligente
Limitazione della corrente dinamica: il chip TPS25940 di TI regola dinamicamente la corrente di uscita rilevando la temperatura del packaging del diodo. I dati di test effettivi mostrano che la corrente può essere limitata al 70% del valore nominale a 150 gradi, estendendo tre volte la durata della vita del dispositivo.
TERMOCOUPLE CHIUSA - Controllo del loop: sensore di temperatura ADI ADT7420 combinato con il chip di refrigerazione TEC raggiunge una precisione di controllo della temperatura di ± 0,5 gradi, adatto a scenari estremi come la comunicazione satellitare.
Design collaborativo elettrico termico
Ottimizzazione del layout termico PCB: adottando un design PCB a 6 strati, lo strato di fonte di calore del diodo è separato dallo strato di segnale da 2 strati elettrici interni, riducendo la resistenza termica del 25%.
Verifica della simulazione termica: la simulazione del software ICEPAK ANSYS mostra che un layout ragionevole può ridurre la temperatura di hotspot del diodo da 180 gradi a 140 gradi e migliorare il sistema MTBF a 100000 ore.
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