Analog-to-Digital Converters (ADCs) משמש גשר בין אותות אנלוגיים רצופים ודיסקרטי נתונים דיגיטליים דיסקרטיים, מה שהופך אותם יסודיים לאלקטרוניקה המודרנית.כפי יישומים דורשים אי פעם גבוה יותר קצבי דגימה והחלטות bit, ADCs לדחוף יותר אנרגיה לתוך חום.הההת של ADC במהירות גבוהה יכול להגיע כמה וואטים בחבילה כי לא יכול להיות גדול יותר מאשר ביצועים תרמיים, עם יעילות, עם יעילות, עם יעילות, עם יעילות, עם יעילות, עם יעילות של ניהול חום, עם יעילות, עם יעילות, עם ביצועים.

התעשייה הגיבה עם טכניקות אריזה חדשניות כי ללכת הרבה מעבר עובש פלסטיק מסורתי או קרמיקה. מהנדסים עכשיו עיצוב חבילות כמו conduits תרמי פעיל, שילוב התפשטות חום, חומרי ממשק מתקדמים, ואפילו ערוצי קירור מיקרו-השפעה ישירות לתוך דיור ADC. פתרונות אלה מאפשרים לדור הבא של מערכות איסוף נתונים בתחום התקשורת, חלל, מכ"ם רכב, הדמיה רפואית.זה בוחן את המאמר התרמית מול האתגרים של ADC מתקדם, וטכניקות אריזות מתקדמות.

התפקיד הקריטי של ניהול הירומל ב- ADCs

חום הוא תוצר לוואי בלתי נמנע של ניתוח ADC.כל מעבר לטרנסטור, מאגד ומגבר צור אנרגיה, והרבה אנרגיה זו הופכת לאנרגיה תרמית.טמפרטורת הצומת של ADC משפיעה ישירות על הפרמטרים העיקריים כגון יחס אות-לא-אין (SNR), לא ליניאריות בלתי-אינטגראלית (INL), והתרחקות.עבור ממיר גבוה של 16 סיביות או יותר של חום הנוכחי יכול רק 10 מעלות צלזיוס.

כיצד חום משפיע על ADC

ההתייחסות הפנימית של הלהקה ורשתות הטיה שקבעו את הדיוק של ADC הן רגישות לטמפרטורה.כפי שמת מת מת מת חום, הדחף ההתייחסות למתח, מה שגורם לשגיאות רווח.ההתנגדות של מתגים והטראנס של מגבר תפעולי משתנה גם עם טמפרטורה, הצגת עיוותים.בצנרת או הצלחה-appreximation-register (ADC), הממיר של ה-parreverses עלולים לגרום למתחים למתחים למתחים למתחים למתחים למתחים למתחים למתחים עמוקים.

האתגר של מהירות גבוהה ורזולוציה גבוהה ADCs

המדינה- of-the-art ADCs לעתים קרובות משלבת שיעורי דגימה גבוהים (hundreds of מגה-samples לשנייה) עם החלטה גבוהה (12 עד 16 ביטים) שילוב זה דורש כוח משמעותי - 12-bit 1-GS ADC עשוי להשבית 2-3 W. בחבילה קומפקטית עם שטח מוגבל, צפיפות הכוח יכולה לעלות על 10 / 2.2 מסורתי קירור פסיבי כדי להסיר מתחמי תצורה קטנה יותר (במתחמי) עבור מספר קומפקטיים מרובים של קומפקטיים (p) מאשר קומפקטיים מרובים קומפקטיים מרובים קומפקטיים (P) מול משטחים) מאשר קומפקטיים מרובים.

גישות מסורתיות לאריזות ולגבולותיהן

במשך עשרות שנים, ADCs ארוזים בקו פלסטיק כפול (DIP) או חבילות קטנות (SOIC) ולאחר מכן בתוך quad שטוח no-lead (QFN) או מערך כדור-grid (BGA) פורמטים אלה מסתמכים על מוליכות של מסגרת מוביל ותרכובת עובש כדי לנהל חום ללוח או אוויר מגוש, לעתים קרובות בשימוש חבילות שטח גבוה יותר, אבל מציעים משקל טוב יותר.

חבילות פלסטיק וקרמיקה

בחבילה טיפוסית של QFN, למות מחובר לחרוץ חשוף הנמכרים ללוח המעגל המודפס (PCB) זורם חום מן המתים דרך חומר מת-טאך, ולאחר מכן דרך המילון ועד למטוסי נחושת של PCB. מתחם עובש הוא מנצח תרמי עני (בדרך כלל 0.6-1.0 W/mK), כך שהמחצבה הנחשק הוא הנתיב התרמי העיקרי.

מגבלות של שיטות מורשת

כאשר הפחתת כוח PCB עולה 1 W בחבילה קטנה, צומת ההתנגדות התרמית צומת-אל-עממבינטי ( ⁇ FLT:0jacioFLT:1) של QFN יכול להיות 30-50 ° C / W. ב 85 מעלות צלזיוס, 2W ADC יראה טמפרטורה מתה מעל 155 מעלות צלזיוס, הרבה יותר מאשר טווח חום, כי הם לא נעים לחום, כמו גם על פני שטח של נוזל קירור גבוה יותר, כלומר, כי הם לא יהפוך לחום, כמו גם לחום, כמו גם לא יכול להיות מנפח חום, כמו גם על פני שטח של רכיבי קירור גבוה יותר, כמו גם על פני שטח, כמו גם על פני שטח, כמו גם כן, כמו גם על פני שטח אחסון, כמו גם על פני שטח, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000

טכניקות מתקדמות לשיפור הדיסיפוצית

כדי לענות על הדרישות התרמיות של ADCs מודרני, תעשיית המוליכים למחצה פיתחה חבילה של טכנולוגיות אריזה חדשניות.טכניקות אלה מתייחסות החבילה לא כמתחם פסיבי, אלא כגורם ניהול תרמי פעיל.

התפשטות חום

מפיץ חום הם שכבות דקות של חומר מוליכות גבוהה ממוקם מעל או מתחת למות כדי להפחית ⁇ תרמיים. copper הוא הבחירה הנפוצה ביותר בגלל מוליכות גבוהה (~400 W / mK) ו תאימות עם תהליכי איסוף סטנדרטיים.חלק חבילות משלבות פיסת נחושת בתוך המתחם, ישירות מגע עובי למות.

חומרים ממשקיים (TIM)

הפער בין המוות לבין התפשטות החום - או בין החבילה לבין כיור חום חיצוני - חייב להיות מלא חומר המספק התנגדות תרמית נמוכה תוך שילוב סובלנות מכנית. סיליקון מסורתי הוא הוחלף על ידי תרכובות מתקדמות: כריות תרמיות עם חלקיקים שלב מוטבע, חומרים של שינוי שלב כי נמס רטוב כאשר מתכת מחומם, נוזל TIM מבוסס על פני גליום או נתרן בסגסוגת.

« « חמימות Sks

במקום להסתמך על כיור חום נפרד, כמה עיצובים החבילה משלבים סנפירים או מיקרו מבנים ישירות לתוך מכסה או substrate. לדוגמה, אלומיניום מכסה עם finated יכול להיות מחובר על פני המוות, להגדיל את שטח משטח convective. Vapor תאים - תאים שטוחים חתומה המכילים נוזל עבודה - יכול להיות מוטבע בחבילה כדי להתפשט על ידי evapation ו- קיבולת, כדי להפחית את הממשק יעיל יותר.

מיקרו ערוצים מגניבים

עבור נחיתות הכוח הגבוהות ביותר - מעל 50 W / ס"מ - קירור אוויר יכול להיות לא מספיק, וקירור נוזלי הופך הכרחי.מיקרו-ערוצי קירור בשימוש photolithalthched או לייזר מעוות בתוך החבילה substrate או lid. a dielectric קירור (עכשיו קירור מיקרו-מ"מ) הוא משאבה אחורית גבוהה יותר ויותר (למשל, HFE-7500 או גליקול מים) מוחזר דרך ערוצים אלה, הסרת החום ישירות מן הסביבה של מים (מכת למחצה) הוא הרבה יותר ויותר מורכב יותר ויותר ממיקרו-מסלולים למחצה (מסלולים למחצה, אך יותר ויותר צלולים למחצה) הוא הרבה יותר ויותר צלולים (מסלולים למחצה (מתקני חום) הוא הרבה יותר ויותר צלולים (מחץ) הוא הרבה יותר ויותר גבוה יותר ויותר גבוה יותר ויותר גבוה יותר ויותר (מחץ) אבל הם הרבה יותר ויותר (מחץ) הוא הרבה יותר ויותר (מסלולים למחצה) הוא משאבה יותר ויותר גבוה יותר ויותר עבור שבבים (מחץ למחצה) הוא משאבה (מתקני קירור (מחץ) אבל יותר ויותר גבוה יותר ויותר גבוה יותר ויותר גבוה יותר ויותר גבוה יותר ויותר גבוה יותר ויותר גבוה יותר ויותר גבוה יותר ויותר) הם להשיג שבבים למחצה) אבל הם להשיג שבבים

3D Packaging & Through-Silicon Vias (TSVs)

ריבוי מספר מת אנכי - שילוב של ADC עם עיבוד דיגיטלי, זיכרון, או אפילו ניהול כוח IC - יכול להפחית את אורך נתיב אותות ולהציל את שטח הלוח. עם זאת, החלק התחתון מת בערימה מוגן תרמי על ידי העליון מת גבוה.חבילות 3D מתקדמות להשתמש דרך silicon דרך (TSVs) ו apertures תרמי להתחמם לעבר השכבה או substrate, לדוגמה, ניתן להוסיף חום קצר יותר.

חומרים מתעוררים: מצעים יהלום וגרפן

תת-קרקעית יהלום, או כמגרש חום המחובר למות או כבסיס החבילה, מציעים מוליכות תרמית חמש עד עשר פעמים של נחושת.בעוד עלות נותרה גבוהה, תת-קרקעית יהלומים מוצאים יישומים ב- ADCs high-end עבור הגנה ומכשור. Graphene - שכבה אחת של אטומי פחמן - הוכיחה מוליכות תרמית של 3,000 / mK הוא בדרך להשתמש בגרפים כמו גם חומרים תרמיים.

היתרונות של מינוף Innovative Packaging

אימוץ טכניקות אריזה מתקדמות אלה מניב שיפורים ניכרים בביצועים של ADC ואמינות המערכת.היתרונות הבאים נצפות באופן עקבי בעיצובים כי עדיפות ניהול תרמי.

  • (ב) טמפרטורות צומת של לולאר:0) טמפרטורות צומת: 1FLT:1ir על ידי צמצום ⁇ Fillo:2 jaFLT 3 עד 30-60%, אריזה מתקדמת יכולה לשמור את המוות מתחת 100 מעלות צלזיוס אפילו בסביבה חמה, המשתרע על פני השטח התפעולי הבטוח.
  • משוואה:0 (Extended Device Lifespan:FreaLT:1) משוואה Arrhenius מראה כי כל 10 מעלות צלזיוס ירידה בטמפרטורה מכפיל את החיים של מנגנוני כישלונות רבים.
  • (FLT:0Stable Dynamic Performance:FLT:1 עם סחף תרמי מינימלי, ADC שומרת על SNR ו- ENOB המפורטים שלה על טווח הטמפרטורה המלא, צמצום הצורך בשקידה מגובשת בייצור.
  • (FLT:0) Higher Power and Speed Capability: FIRLT:1 , Efficient חום הסרת מאפשר ADCs לרוץ גבוה יותר שעון גבוה יותר ולהשתמש יותר שלבים רווח ללא סיכון של ריצה תרמית.
  • (FLT:0)Compact System Design:FLT:1 integrating קירור ישירות לתוך החבילה מבטל כיור חום חיצוני מסיבי, חיסכון שטח לוח ומאפשר פריסת מערכת צפופה - יתרון מפתח באנטנה בשלבי קרינה ויישומים אולטרסאונד רפואי.
  • (FLT:0) לחנך את הדרבי הרמימאל: ראטאל:1) בגליונות נתונים רבים, הטמפרטורה התפעולית המקסימלית מופחת על בסיס פיזור חשמל.אריזה מתקדמת מפחיתה את הגורם הממריץ, ומאפשרת ל- ADC לספק ביצועים מלאים בטמפרטורות גבוהות יותר.

דוגמאות לרישום התעשייה

יצרני ADC המובילים אימצו בשקט רבות מהטכניקות האלה.לדוגמה, כמה ממירים מהירים אולטרה-גבוהים ממכשירים Analog ו- Texas Instruments משתמשים ב-Senses נחושת עם שורות מרובות של כדורי מכר כדי לבצע חום לתוך ה- PCB, בשילוב עם מפיץ חום נחושת פנימי בתוך ה-Overmold. במגזר ההגנה, רכיבי ADCs של לווין משתמשים לעתים קרובות במערך קרמיקה-grids עם קרינת Vorap משולבת או קרינת תאים אופטיים, אך לא ניתן לתאר את ה-cookies אלה באופן ישיר, אך ורק את הגרסאות הטכניות, אך לא ניתן לתאר את ה-cookies.

מגמות עתידיות ודרכים מחקר

הניהול התרמי של ADCs ימשיך להתפתח כתהליך צמתים ושיעורי נתונים מטפסים.זרמים מחקריים אחדים עשויים להניב חידושים של אריזה מעשית בחמש עד עשר שנים הבאות.

סימולציה מתקדמת ו-Thermal Co-Design

מוקדם במחזור העיצוב, סימולציה תרמית הופכת משולבת עם סימולציה חשמלית. כלים שמודל צומת טמפרטורה המבוססת על צריכת חשמל דינמי מאפשר למהנדסים להציב מפיץ חום או לבחור עיצוב חבילה לפני הפריסה הוא סופי. גישה זו עיצוב משותף מונעת הפתעות תרמיות ומפחיתה את מספר התאונות.

שילוב של Active Cooling

קרירים מיקרו-תרמיים (TECs) שנבנו על המתים או בתוך החבילה מראים פוטנציאל לקרי קירור של טרנזירים חמים. בשילוב עם ערוצים מיקרו-השפעהיים, קרירים פעילים אלה של המדינה המוצקה יכולים להסיר חום למקור מבלי להסתמך על זרימת אוויר ברמת המערכת.האתגר משלב את TEC לתוך תהליך הייצור הסטנדרטי ללא הוספת עובי משמעותי או מורכבות.

AI-Optimized ניהול

אלגוריתמי למידת מכונות יכולים לחזות את חלוקת הטמפרטורה בתוך חבילה וייעל את המיקום של דרך תרמית, מפיץ וחומרים ממשק. כמו עיצובים להיות מורכבים יותר, AI יכול לחקור שטח עיצוב גדול בהרבה מאשר שיטות ידניות, זיהוי פתרונות הממזערים התנגדות תרמית תוך שמירה על יכולת אדם.

חומרים חדשים וממשקיים

מחקר לתוך מוליכים גבוהה שתלטנים (למשל, פולימרים נוזליים נוזליים עמוסים עם בורון nitride) יכול לשפר את הנתיב התרמי באמצעות תרכובת עובש. בדומה, חיננית עצמי כי שובו מחדש לאחר רכיבה על כוח נמצאים בפיתוח כדי להילחם במשאבה לאורך חיי המכשיר.

מסקנה

הדיסיפוציה הארומית כבר אינה מחשבה מאוחרת בעיצוב ADC - היא מאמנת עיקרית כי מהנדסי האריזה חייבים לטפל מההתחלה.השינוי ממתחים פסיביים לניהול תרמי פעיל באמצעות מפיץ חום, כיור חום משולב, קירור מיקרו ערוצים, וחומרים מתקדמים מאפשרים לדור הבא של במהירות גבוהה, ממירי פתרונות גבוהים, בעוד שכל טכניקה נושאת מטענים בעליות חום משולבות, כמו ביצועים אוטונומיים, כמו ביצועים של AIG, להמשיך, כמו ביצועים אוטונומיים, כמו ביצועים.

(ב) לקרא נוסף, המשאבים הבאים מספקים תובנה טכנית עמוקה יותר: FLT:0ish:0.10.10.Analog מכשירים טכניים סעיף: ניהול תרמית ב-High-Speed Data Convertersigph:2earFLT 3:0LT 3:Texas Application: Semiconductor & IC חבילת IC Thermal MetricsLT5:5FLT6FEERERIQFEER: