Como os diodos funcionam de forma estável em ambientes de comunicação de temperatura alta -?

1, mecanismo de falha de alta temperatura e degradação do desempenho
Mutação de desempenho causada por excitação térmica de transportadora
Sob condições de alta temperatura, a excitação térmica dos portadores de carga dentro dos materiais semicondutores é aprimorada, levando a alterações significativas nas características elétricas dos diodos. A 150 graus, a corrente de vazamento reverso dos diodos Schottky aumenta em três ordens de magnitude em comparação com o ambiente de 25 graus, causando um aumento acentuado na perda de energia. A 175 graus, a queda de tensão direta de um diodo regular de junção PN diminui 15%, fazendo com que o ponto de polarização do circuito desvie e afete a integridade do sinal.
Danos estruturais causados ​​pelo estresse térmico
Quando a temperatura da junção excede 150 graus, o material baseado no silício - experimenta uma incompatibilidade no coeficiente de expansão térmica, levando ao descamação da camada de metalização. De acordo com dados reais de teste de um determinado fabricante de equipamentos de comunicação, a taxa de destacamento de fios de ligação dos diodos embalados TO-220 atingiu 12% após operação contínua a 200 graus por 1000 horas.
Degradação característica de alta frequência
Em cenários de frequência - altos acima de 100MHz, o efeito da pele concentra o calor na superfície. As experiências mostraram que, quando os diodos Sic Schottky operam a 200MHz, a temperatura da superfície é 25 graus superior à temperatura corporal, resultando em uma extensão de 30% do tempo de recuperação reversa e deterioração da qualidade do sinal de comunicação.
2, inovação em tecnologia de material de diodo especializado em alta temperatura
Aplicação de materiais semicondutores amplos de banda
Material SiC: largura da banda de 3,26ev, resistência ao campo de quebra crítica de 3mV/cm, 10 vezes maior que o material Si. A 175 graus, a corrente de vazamento reverso do diodo Schottky de 1200V de Cree é de apenas 0,1 μ A, que é duas ordens de magnitude menor que a dos dispositivos Si.
Material GaN: Com uma mobilidade eletrônica de 2000cm ²/v · s, é adequado para cenários de frequência --. Em 200 graus, a perda de comutação do dispositivo GaN HEMT da EPC Company é de apenas 0,5W, que é 60% menor que a do SI MOSFET.
2.2 Estrutura de contato de novo semicondutor de metal
Em resposta ao problema de vazamento de temperatura alto - dos diodos Schottky, o Infineon adota o processo de metalização multicamada TIW/NI/AG, e a resistência ao contato permanece abaixo de 0,5m ω · cm ² a 200 graus. O SBD (diodo Schottky de barreira híbrida) desenvolvido pelo ROHM reduz o coeficiente de temperatura de vazamento reverso de 0,5%/ grau para 0,1%/ grau, introduzindo uma camada de passivação do SIN.
Inovação tecnológica de embalagem
Embalagem do substrato de cerâmica: embalagem DFN8 × 8 usando substrato de cerâmica ALN, com uma resistência térmica tão baixa quanto 3k/w, que é 40% menor que a embalagem tradicional TO-252.
Embalagem empilhada em 3D: A tecnologia SIP de embalagem desenvolvida pela AMKOR aumenta a densidade do fluxo de calor de 5W/mm ² a 15W/mm ² através da interconexão vertical TSV.
3, solução de gerenciamento térmico no nível do sistema
Tecnologia de refrigeração ativa
Resfriamento do líquido do microcanal: as estações de base Huawei usam silício - placas de resfriamento de líquido de microcanal baseadas em-. Quando a taxa de fluxo do líquido de arrefecimento é de 2m/s, a temperatura da junção do diodo pode ser controlada abaixo de 120 graus, que é 30 graus menor que o ar - solução resfriada.
Dissipação de calor de mudança de fase: O material de mudança de fase composto baseado em parafina desenvolvido pela ZTE Corporation possui um calor latente de 200J/g e pode absorver 1000J de calor em um ponto de mudança de fase de 150 graus.
Circuito de controle de temperatura inteligente
Limitação de corrente dinâmica: o chip TPS25940 da TI ajusta dinamicamente a corrente de saída detectando a temperatura da embalagem do diodo. Os dados reais de teste mostram que a corrente pode ser limitada a 70% do valor nominal de 150 graus, estendendo a vida útil do dispositivo em três vezes.
O termopar fechado - Controle de loop: o sensor de temperatura ADI ADT7420 combinado com o chip de refrigeração do TEC atinge a precisão do controle da temperatura de 0,5 graus, adequada para cenários extremos, como a comunicação de satélite.
Projeto colaborativo elétrico térmico
Otimização do layout térmico da PCB: Adotando um design de PCB de 6 camadas, a camada de fonte de calor do diodo é separada da camada de sinal por 2 camadas elétricas internas, reduzindo a resistência térmica em 25%.
Verificação da simulação térmica: A simulação de software ANSYS ICEPAK mostra que um layout razoável pode reduzir a temperatura do ponto de acesso do diodo de 180 graus para 140 graus e melhorar o sistema MTBF para 100000 horas.
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