Өндөр хүчин чадалтай электрон төхөөрөмжүүдийн ашиглалтын хугацааг уртасгахад бөмбөрцөг хөнгөн цагааны оксидын үүрэг

Танилцуулга

Эрчим хүчний нягтрал нэмэгдэхийн хэрээр электрон төхөөрөмжүүдийн хэмжээ багасах тусам дулаан нь тоног төхөөрөмжийн урт наслалтын гол дайсан болоод байна. IGBT, CPU процессор, автомашины батерейны модулиуд зэрэг өндөр хүчин чадалтай бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь үйл ажиллагааны явцад эрчимтэй дулааны энерги үүсгэдэг. Үр дүнтэй задрахгүй бол энэ дулаан нь 'дулаан алдалтыг' үүсгэж, хэлхээний байнгын гэмтэл эсвэл үйлчилгээний мөчлөгийг богиносгоход хүргэдэг. Бөмбөрцөг хөнгөн цагааны нунтаг нь дулааны интерфэйсийн материал (TIMs) болон савны нэгдлүүдийн алтан стандарт болж гарч ирсэн. Түүний өвөрмөц геометр, химийн тогтвортой байдал нь жигд бус дүүргэгчээс илүү дулааны эх үүсвэр ба дулаан шингээгчийн хоорондох ялгааг илүү үр дүнтэй арилгах боломжийг олгодог. Дулааны урсгалыг оновчтой болгосноор нарийн эд ангиудын үйл ажиллагааны ачааллыг шууд бууруулдаг. Энэхүү гарын авлагад бид энэхүү дэвшилтэт материал нь дараагийн үеийн өндөр хүчин чадалтай электроникийн чимээгүй асран хамгаалагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг болохыг судлах болно.

Дулааны менежмент яагаад электрон урт наслахыг шаарддаг вэ?

Дулааны менежмент нь зөвхөн төхөөрөмжийг сэрүүн байлгах явдал биш юм; энэ нь химийн болон физикийн процессыг задралгүйгээр явуулах тогтвортой орчныг хадгалах тухай юм. Ихэнх өндөр хүчин чадалтай электрон төхөөрөмжүүд нь температурын хэлбэлзэлд маш мэдрэмтгий хагас дамжуулагч дээр тулгуурладаг. Температур нь хийцийн хязгаараас хэтрэх үед хэлхээн дэх эсэргүүцэл нэмэгдэж, улмаар илүү их дулааныг үүсгэдэг - эцэст нь тоног төхөөрөмжийн эвдрэлд хүргэдэг харгис мөчлөг.

Конденсатор эсвэл цахилгаан транзисторын ашиглалтын хугацаа нь ихэвчлэн 'Аррениусын хууль'-ийг дагаж мөрддөг бөгөөд энэ нь ажлын температурыг 10 ° C-аар нэмэгдүүлэх бүрт эд ангиудын дундаж наслалт хоёр дахин багасдаг болохыг харуулж байна. Энэ нь дулааны дэвсгэр болон цоорхойг дүүргэгч дүүргэгчийн сонголтыг чухал болгодог. ашиглах нь Дулаан дамжуулагч бөмбөрцөг хөнгөн цагааны нунтаг дулааныг уулзвараас хурдан холдуулдаг. Уламжлалт дүүргэгчээс ялгаатай нь түүний хэлбэр нь материалыг хэт хатуу болгохгүйгээр өндөр ачаалал өгөх боломжийг олгодог.

Бүрэлдэхүүн хэсгийн төрөл	Бүтэлгүйтлийн ердийн шалтгаан	Дулааны буруу менежментийн нөлөө
Эрчим хүчний IGBT	Гагнуурын ядаргаа	Дулааны эргэлтийн улмаас ан цав үүсэх
LED модулиуд	Фосфорын задрал	Өнгө өөрчлөгдөх, гэрэл гэгээ алдагдах
EV батерей	Литиум бүрэх	Хүчин чадал багасч, гал түймрийн эрсдэл
Микропроцессорууд	Цахилгаан шилжилт	Байнгын хэлхээ 'нээлт' эсвэл богино холболт

Урт наслалт нь дулаан дамжилтын шууд функц гэдгийг бид харж байна. нэгтгэснээр бид төхөөрөмжийн интерфэйс дээрх 'delta T' (температурын зөрүү) -ийг үр дүнтэй бууруулдаг. Аж үйлдвэрийн зэрэглэлийн бөмбөрцөг хөнгөн цагааны нунтагыг системд Энэ нь дотоод химийн бодисыг тогтвортой байлгаж, олон мянган цагийн турш физик бүтцийг бүрэн бүтэн байлгадаг.

Бөмбөрцөг хэлбэрийн хөнгөн цагаан нунтагны геометрийн давуу тал

Дүүргэгч бөөмийн хэлбэр нь өчүүхэн мэт санагдаж болох ч өндөр хүчин чадалтай электроникийн ертөнцөд геометр бол бүх зүйл юм. Ихэнх уламжлалт хөнгөн цагааны исэл нь өнцөгт эсвэл жигд бус байдаг. Эдгээр ховилтой хэлбэрүүд нь силикон эсвэл эпокси давирхайтай холилдох үед өндөр зуурамтгай чанарыг бий болгож, хэр их дүүргэгч нэмж болохыг хязгаарладаг. Хэрэв та хангалттай дүүргэгч нэмж чадахгүй бол дулаан дамжуулалт бага хэвээр байна.

Бөмбөрцөг хөнгөн цагаан нунтаг нь энэ динамикийг бүхэлд нь өөрчилдөг. Бөөмүүд нь төгс дугуй хэлбэртэй байдаг тул тэдгээр нь бяцхан бөмбөг холхивч шиг ажилладаг. Энэхүү 'бөмбөг агуулсан нөлөө' нь холих явцад дотоод үрэлтийг багасгадаг. Энэ нь үйлдвэрлэгчдэд илүү өндөр 'сав баглаа боодлын нягтрал'-д хүрэх боломжийг олгодог. Энгийнээр хэлбэл, та ижил хэмжээний давирхайд илүү их хөнгөн цагааны исэл шингээж болно.

Нэвчилтийн босгонд хүрэх

Дулаан шилжүүлэхийн тулд тоосонцор бие биендээ хүрэх эсвэл маш ойрхон байх ёстой. Үүнийг шингээлтийн босго гэж нэрлэдэг.

• Тогтмол бус дүүргэгч: Тэд муу гүүр болж, агаарын халаас (хоосон зай) үүсгэдэг. Агаар бол дулааны гүйцэтгэлийг устгадаг тусгаарлагч юм.

• Бөмбөрцөг дүүргэгч: Тэд нягт савладаг. ашигласнаар Нарийн ширхэгийн хэмжээтэй хуваарилалтыг жижиг бөмбөрцөг том хэсгүүдийн хоорондын зайг дүүргэх боломжийг олгодог.

Бид хэрэглэхдээ чийгэнд тэсвэртэй бөмбөрцөг хөнгөн цагаан нунтаг чийгтэй орчинд ч энэхүү нягт савлагаа нь тогтвортой байх болно. Ус шингээх нь давирхайд хавдар эсвэл химийн шилжилтийг үүсгэж болзошгүй бөгөөд энэ нь дулааны хэсгүүдийг түлхэж, дулааны замыг эвдэх болно. Бөмбөрцөг хоорондын биет холбоог хадгалснаар төхөөрөмж сэрүүн байх ба ашиглалтын хугацаа нь уртасна.

Диэлектрикийн хүч ба цахилгаан найдвартай байдлыг нэмэгдүүлэх

Өндөр хүчин чадалтай төхөөрөмжүүдийн гол бэрхшээл бол цахилгааны эвдрэлийн эрсдэл юм. Материал нь дулаан дамжуулалттай байх ёстой, гэхдээ бас цахилгаан тусгаарлагчтай. Та халаагуураа амьд утас болгохыг хүсэхгүй байна. энд диэлектрик шинж чанар нь Бөмбөрцөг хөнгөн цагааны нунтагны зайлшгүй шаардлагатай болдог.

Өндөр цэвэршилттэй хөнгөн цагааны исэл нь байгалиасаа маш сайн тусгаарлагч юм. Гэсэн хэдий ч бөмбөрцөг хэлбэр нь хамгаалалтын нэмэлт давхаргыг нэмдэг. Өнцгийн хэсгүүд нь 'цэгний цэнэг' үүсгэх эсвэл хурц ирмэг дээрээ цахилгаан хүчдэлийг төвлөрүүлж чаддаг. Энэ нь дулааны дэвсгэр дотор 'нуман' эсвэл богино холболт үүсгэж болно. Бөмбөрцөг нь цахилгаан талбарыг илүү жигд хуваарилдаг.

Харьцуулалт: Цахилгааны аюулгүй байдал ба дулааны үр ашиг

Онцлог	Өнцгийн хөнгөн цагаан	Бөмбөрцөг хэлбэрийн хөнгөн цагаан нунтаг
Диэлектрик хүч	Дунд зэрэг (Цэгээр гадагшлах эрсдэл)	Дээд зэргийн (Тэгш талбайн хуваарилалт)
Дулааны ачаалал	Хамгийн их жингийн ~70%	Жингийн 92% хүртэл
Зуурамтгай чанар	Өндөр (боловсруулахад хэцүү)	Бага (цутгахад хялбар/хөгц)
Төхөөрөмжийн ашиглалтын хугацаа	Стандарт	Өргөтгөсөн (2x - 3x)

Хөнгөн цагааны ислийн сонгосноор нарийн өнгөлгөөний зэрэглэлийг үйлдвэрлэгчид эдгээр цахилгааны шинж чанарыг алдагдуулах гадаргуугийн бохирдуулагч бодис байхгүй гэдгийг баталгаажуулдаг. Нарны инвертер эсвэл цахилгаан тээврийн хэрэгслийн цэнэглэгч зэрэг өндөр хүчдэлийн хэрэглээний найдвартай байдал нь энэ тэнцвэрт байдлаас хамаарна. Хэрэв тусгаарлагч бүтэлгүйтвэл төхөөрөмж тэр даруй үхдэг. Тиймээс диэлектрикийн тогтвортой байдал нь дулааны алдагдалтай адил амьдралын үргэлжлэх хугацаа нь чухал юм. нунтаг

Дулааны тэлэлтийн үл нийцэх байдлыг шийдвэрлэх (CTE)

Электроникийн хамгийн түгээмэл 'далд' алуурчдын нэг бол Дулааны тэлэлтийн коэффициент (CTE) таарахгүй байна. Төрөл бүрийн материалууд халуунд өөр өөр хурдаар өргөсдөг. Таны цахиур чип, зэс хар тугалганы хүрээ, хуванцар орон сууц бүгд өөр өөрөөр ургаж, багасдаг. Энэ нь механик стресс үүсгэдэг. Цаг хугацаа өнгөрөхөд энэ стресс нь давхаргын задралд хүргэдэг бөгөөд энэ нь төхөөрөмжийн давхаргууд шууд утгаараа хугардаг.

Бөмбөрцөг хэлбэрийн хөнгөн цагаан нунтаг нь бүтцийг хэрхэн тогтворжуулдаг

Бөмбөрцөг хөнгөн цагаан нунтаг нь харьцангуй бага CTE-тэй. Полимер матриц руу их хэмжээгээр ачаалагдах үед энэ нь материалыг 'зангуут' тусалдаг. Энэ нь нийт нийлмэл материалыг бага хэмжээгээр өргөжүүлэхэд хүргэдэг.

1. Стресс багасна: Бөмбөрцөг нь илүү их ачаалал өгөх боломжийг олгодог тул үүссэн дулааны интерфэйсийн материал (TIM) нь хатуу керамик шиг, харин дэгдэмхий хуванцар шиг ажилладаггүй.

2. Нэмэгдсэн модуль: Энэ нь материалыг хэврэг болгохгүйгээр бүтцийн хатуу байдлыг нэмэгдүүлдэг.

3. Циклийн тогтвортой байдал: Өндөр хүчин чадалтай төхөөрөмжүүд ихэвчлэн асдаг, унтраадаг. Энэ 'дулааны дугуй' нь харгис юм. Үйлдвэрийн хөнгөн цагааны исэл нь TIM нь эдгээр олон мянган циклийг хагаралгүйгээр даван туулах боломжийг олгодог.

Хэрэв дулааны дэвсгэр хагарвал агаар нь цоорхойд ордог. Бидний ярилцсанчлан агаар дулааны урсгалыг зогсоодог. Ийм зүйл тохиолдвол төхөөрөмж хэт халж, хэдхэн минутын дотор бүтэлгүйтдэг. Интерфэйсийн CTE-ийг тогтворжуулснаар, Бөмбөрцөг хэлбэрийн хөнгөн цагаан нунтаг нь чип ба хөргөгчийн хоорондох физик холболтыг тогтвортой байлгадаг.

Хамгийн их дамжуулалтыг хангахын тулд бөөмийн хэмжээг оновчтой хуваарилах

Бүх бөмбөрцөг нунтаг нь адилхан байдаггүй. Өндөр хүчин чадалтай төхөөрөмжийн ашиглалтын хугацааг үнэхээр уртасгахын тулд танд тодорхой хэмжээний холимог хэрэгтэй. Үүнийг 'олон модаль' ачаалах гэж нэрлэдэг. Хэрэв та зөвхөн нэг хэмжээтэй бөмбөрцөг ашигладаг бол тэдгээрийн хооронд үргэлж том хоосон зай байх болно.

'Хоосон зайг дүүргэх' шинжлэх ухаан

Бид ашиглахад анхаарлаа хандуулдаг . нарийн ширхэгийн хэмжээтэй хөнгөн цагаан ислийг 'дүүргэгч дүүргэгч'-ийн үүргийг гүйцэтгэхийн тулд

• Том бөмбөрцөг (20-50 микрон): Эдгээр нь дулааны замын үндсэн араг ясыг бүрдүүлдэг.

• Дунд зэргийн бөмбөрцөг (5-10 микрон): Эдгээр нь том бөмбөрцөгт үүссэн цоорхойд байрладаг.

• Жижиг бөмбөрцөг (дэд микрон): Эдгээр нь үлдсэн жижиг нүхийг дүүргэдэг.

энэхүү нягт 'матриц' нь Дулаан дамжуулагч бөмбөрцөг хөнгөн цагааны ислийн фононуудын (дулаан зөөгч) явах бараг тасралтгүй замыг бий болгодог.

Нарийвчлал яагаад чухал вэ?

ашиглах нь Нарийвчилсан өнгөлгөөний зэрэглэлийг бөмбөрцөг бүрийг жигд болгодог. Бөөмүүд дээрх барзгар гадаргуу нь 'фантар хоорондын дулааны эсэргүүцлийг' нэмэгдүүлдэг. Энэ нь нэг бөөмсөөс нөгөө бөөмс рүү үсрэх үед дулаан гацдаг гэж хэлэх гайхалтай арга юм. Гөлгөр, өндөр цэвэршилттэй бөмбөрцөг нь дулааныг хамгийн бага эсэргүүцэлтэйгээр материалаар дамжуулдаг. Өндөр хүчин чадалтай LED эсвэл өндөр хурдны серверийн чипийн хувьд энэ үр ашиг нь тав эсвэл арван жил ажиллах хоорондын ялгаа юм.

Бодит хэрэглээний програмууд: EV батерейгаас 5G бааз станц хүртэл

Энэ материалын нөлөөг ойлгохын тулд бид өнөөдөр хаана ашиглагдаж байгааг харах хэрэгтэй. Өндөр хүчин чадалтай электрон хэрэгсэл нь зөвхөн компьютерт байхаа больсон; Тэд манай машин, гудамжны булангууд дээр байдаг.

Цахилгаан тээврийн хэрэгсэл (EV) батерейны багц

Хурдан цэнэглэх, хүчтэй хурдатгал хийх үед батерей нь дулааныг үүсгэдэг. Хэрэв нэг эс хэт халуун байвал бусад эсийг өдөөж болно - аюултай нөхцөл байдал. Үйлдвэрлэгчид дүүргэсэн савны нэгдлүүдийг ашигладаг . чийгэнд тэсвэртэй бөмбөрцөг хөнгөн цагааны нунтагаар эсийг битүүмжлэхийн тулд Энэ нэгдэл нь дулааныг зайлуулж, эсийг чичиргээ, чийгшлээс хамгаалдаг.

5G дэд бүтэц

5G чипүүд нь асар их хэмжээний өгөгдлийг зохицуулж, гайхалтай халуун болдог. Тэдгээрийг ихэвчлэн сэнсгүй, гадаа битүүмжилсэн хайрцагт хийдэг. Тэд бүхэлдээ 'идэвхгүй хөргөлт'-д тулгуурладаг. үйлдвэрлэлийн зориулалттай бөмбөрцөг хөнгөн цагааны нунтаг ашиглах нь эдгээр станцуудыг цөлийн халуунд доголдолгүйгээр ажиллуулах боломжийг олгодог. Цоорхой дүүргэгчд

Эрчим хүч хувиргагчид

Сэргээгдэх эрчим хүчний хувьд инвертерүүд нарны хавтангаас тогтмол гүйдлийн гүйдлийг цахилгаан сүлжээнд хувиргадаг. Эдгээрт орон нутгийн 'халуун цэг' үүсгэдэг өндөр давтамжийн сэлгэлт орно. Дулаан дамжуулагч бөмбөрцөг хөнгөн цагааны нунтаг нь TIM-ийг хатаах эсвэл интерфэйсээс гадагшлуулахгүйгээр эдгээр эрчим хүчний тэсрэлтийг зохицуулахад шаардлагатай ачааллыг хангаж чадах цорын ганц материал юм.

Чийгийн эсэргүүцэлтэй байгаль орчны сорилтыг даван туулах

Өндөр хүчин чадалтай төхөөрөмжүүд нь ихэвчлэн хатуу ширүүн орчинд ажилладаг. Чийг нь нунтаг дээр суурилсан аливаа материалын гол аюул юм. Хэрэв хөнгөн цагааны ислийн нунтаг ус шингээж авбал энэ нь төхөөрөмжийн ашиглалтын хугацааг богиносгодог хэд хэдэн асуудал үүсгэж болно.

1. Ионы шилжилт: Чийг нь ионуудыг хэлхээгээр дамжуулж, зэврэлт эсвэл богино холболт үүсгэдэг.

2. Зуурамтгай чанар: Нойтон нунтаг нь хоорондоо бөөгнөрөх бөгөөд энэ нь тогтмол дулаан дэвсгэр үйлдвэрлэх боломжгүй болгодог.

3. Химийн задрал: Ус нь дулааны тосонд агуулагдах силикон тостой урвалд орж, 'цус алдах' буюу салгахад хүргэдэг.

Ашиглаж байна Чийгэнд тэсвэртэй бөмбөрцөг хөнгөн цагаан нунтаг нь эдгээр асуудлаас сэргийлдэг. Бөөм бүрийн гадаргууг ихэвчлэн гидрофобик (усны зэвүүн) гэж үздэг. Энэ нь чийглэг халуун орны уур амьсгал эсвэл далайн эрэг орчмын давстай газар ч гэсэн дулааны дэвсгэр нь уян хатан, дамжуулагчийг хэдэн арван жилийн турш хадгалах боломжийг олгодог. Энэхүү байгаль орчныг 'барцлагжуулах' нь урт наслах амлалтын гол бүрэлдэхүүн хэсэг юм.

Дүгнэлт ба ирээдүйн төлөв

Жижиг багцуудад илүү их хүчийг эрэлхийлэх нь зогсохгүй. Цахиурын карбид (SiC) болон галлийн нитрид (GaN) хагас дамжуулагч руу шилжих тусам температур улам л өсөх болно. Бөмбөрцөг хэлбэрийн хөнгөн цагаан нунтаг нь эдгээр технологийг ашиглах боломжтой болгодог чухал барилгын материал юм. Энэ нь дулаан дамжуулалт, цахилгаан тусгаарлагч, механик тогтвортой байдлын гурван талын сорилтыг шийддэг. Өндөр чанартай сонгосноор дулаан дамжуулагч дүүргэгчийг инженерүүд 'өндөр хүч' гэдэг нь 'богино хугацаа' гэсэн үг биш гэдгийг баталж чадна.

Үйлдвэрлэгчийн тухай: Shengtian үйлдвэр

Дэвшилтэт материалын салбарын тэргүүлэгч дуу хоолой болохын хувьд бид үйлдвэрлэлийн хүчин чадлаараа бахархдаг. Манай Shengtian үйлдвэрт бид нийлэгжилтийг сайжруулахад олон жил зарцуулсан бөмбөрцөг хөнгөн цагааны нунтаг . Бид хэд хэдэн өндөр температурт босоо дөл цацах шугам ажиллуулдаг бөгөөд энэ нь бидэнд үйлдвэрлэх боломжийг олгодог . Манай байгууламж нь нарийн өнгөлгөөний зэрэглэлийг давтагдашгүй бөмбөрцөг хэлбэртэй байлгахын тулд дэвшилтэт цэвэр өрөөний орчинд тоноглогдсон . үйлдвэрлэлийн зориулалттай нунтаг бүрийг төхөөрөмжийн диэлектрикийн гүйцэтгэлийг сүйтгэж болзошгүй металл хольцоос ангид Бид зүгээр л нунтаг зардаггүй; Бид дэлхийн инновацийн дулааны суурийг бүрдүүлдэг. Манай R&D баг нь сайжруулахын тулд уйгагүй ажилладаг . нарийн ширхэгтэй тоосонцрын хуваарилалтыг EV болон 5G салбарын үйлчлүүлэгчид найдвартай, гүйцэтгэлийн хувьд олон улсын стандартаас давсан материалыг хүлээн авахын тулд

Түгээмэл асуултууд

А: Бөмбөрцөг нунтаг яагаад ширхэгтэй эсвэл өнцгийн хөнгөн цагааны исэлээс илүү байдаг вэ? Х: Бөмбөрцөг нунтаг нь гадаргуугийн талбайн эзлэхүүний харьцаа бага, 'бөмбөг агуулсан' нөлөөтэй. Энэ нь хольцыг хэрэглэхэд хэтэрхий зузаан болгохгүйгээр давирхайг (90% + хүртэл) илүү их ачаалах боломжийг олгодог. Илүү их ачаалал нь илүү сайн дулаан ялгардаг.

А: Бөмбөрцөг хөнгөн цагаан нунтаг нь өндөр хүчдэлийг зохицуулж чадах уу? Х: Тийм ээ. Энэ нь өндөр цэвэршилттэй $Al_2O_3$ учраас маш сайн диэлектрик шинж чанартай. Бөмбөрцөг хэлбэр нь цахилгаан хүчдэлийн концентрацаас сэргийлж, хурц ирмэгтэй дүүргэгчээс илүү өндөр хүчдэлийн хэрэглээнд аюулгүй болгодог.

А: Төхөөрөмжийн ашиглалтын хугацаанд ширхэгийн хэмжээ чухал уу? Х: Мэдээжийн хэрэг. Янз бүрийн хэмжээтэй холимог (олон мод) нь дулааныг илүү нягтралтай болгодог. Хэрэв дулааныг хурдан арилгавал дотоод эд ангиуд нь 'дулааны дарамт' багатай тул ашиглалтын хугацааг шууд уртасгадаг.

А: Чийглэг нөхцөлд нунтаг тогтвортой байдаг уу? Х: Манай чийгэнд тэсвэртэй сортууд нь ус шингээхээс сэргийлж тусгайлан боловсруулсан. Энэ нь дулааны материал нь элементийн нөлөөлөлд өртөх үед цаг хугацааны явцад муудах, зэврэх, дамжуулах чанараа алдахгүй байхыг баталгаажуулдаг.