Цэнэглэгчдэд дулаан дамжуулагч материалын хэрэглээ
Цэнэглэх технологи хурдацтай хөгжиж байна. Том хэмжээтэй, хүнд адаптеруудаас эхлээд өндөр хүчин чадалтай, 30Вт, 65Вт, тэр ч байтугай 100Вт-аас дээш цэнэглэх чадвартай жижиг, хөнгөн цэнэглэгч хүртэл эдгээр нь одоо худалдаанд гарч байна. Гэсэн хэдий ч эдгээр авсаархан загвар, өндөр гүйцэтгэлийн цаана байнгын бэрхшээл тулгардаг: дулаан. Хэт их халалт нь цэнэглэгчийг хүрэхэд эвгүй байдалд оруулаад зогсохгүй үр ашгийг бууруулж, эд ангийн хөгшрөлтийг хурдасгаж, онцгой тохиолдолд эвдрэл үүсгэдэг. Тийм ч учраас дулаан дамжуулагч материалыг ашиглах нь орчин үеийн цэнэглэгчийн дизайны чухал тал юм.
Цэнэглэгч яагаад дулаан ялгаруулдаг вэ?
Цэнэглэгч нь ханын залгуураас гарсан хувьсах гүйдлийн тэжээлийг гар утас, зөөврийн компьютер эсвэл бусад төхөөрөмж дээр ашиглахад тохиромжтой тогтмол гүйдлийн тэжээл болгон хувиргадаг. Энэхүү хувиргах үйл явц хэзээ ч 100% үр ашигтай байдаггүй. Зарим энерги нь хэд хэдэн хүчин зүйлээс шалтгаалан дулаан хэлбэрээр алдагддаг:
1. MOSFET болон шилжүүлэгч транзистор зэрэг цахилгаан бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн шилжүүлэлтийн алдагдал.
2. Трансформатор болон индукторуудад, ялангуяа өндөр шилжих давтамжтай үед зэсийн алдагдал болон цөмийн алдагдал.
3. Шулуутгагч болон хамгаалалтын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн алдагдал.
4. Ялангуяа их хэмжээний гүйдэл урсах үед хэлхээний самбарын зам болон холбогч дээрх алдагдал.
65Вт эсвэл 100Вт гэх мэт өндөр хүчин чадалтай цэнэглэгч нь илүү их дулаан ялгаруулах хандлагатай байдаг. Цаашилбал, орчин үеийн цэнэглэгч нь ихэвчлэн авсаархан байдаг тул дулааныг тараах зайг хязгаарладаг. Дулаан дамжуулагч материалууд энд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг: тэдгээр нь дулааныг эх үүсвэрээс (халуун бүрэлдэхүүн хэсэг) илүү том талбай руу дамжуулахад тусалдаг бөгөөд ингэснээр агаарт тараагдах боломжийг олгодог.
Дулаан дамжуулагч материал гэж юу вэ?
Дулаан дамжуулагч материалууд нь харьцангуй өндөр дулаан дамжуулалттай (дулаан дамжуулах чадвартай) материал бөгөөд энэ нь дулаан дамжуулалтыг хурдасгадаг. Цэнэглэгчийн хувьд эдгээр материалыг сэнс шиг "хөргөгч" болгон ховор ашигладаг. Үүний оронд тэдгээр нь дулаан дамжуулалт болон дулаан тархалтын зарчмаар идэвхгүй ажилладаг бөгөөд дулааныг хүрээлэн буй орчинд тараахын тулд байгалийн конвекц болон цацрагт найддаг.
Дулаан дамжуулалтыг ихэвчлэн Вт/м·К нэгжээр илэрхийлдэг. Утга өндөр байх тусам материал дулааныг сайн дамжуулдаг. Ерөнхий дүрмээр бол:
– Энгийн хуванцар: бага (ерөнхийдөө < 1 Вт/м·К) - Хөнгөн цагаан: өндөр (ойролцоогоор хэдэн зуун Вт/м·К) - Зэс: маш өндөр (хөнгөн цагаанаас өндөр) - Зарим керамик: төрлөөс хамааран дунд зэргээс өндөр байж болно - Графит/Графен хуудас: тодорхой чиглэлд дулаан тараагч болгон маш үр дүнтэй Цэнэглэгч дэх дулаан дамжуулагч материалын үүрэг Цэнэглэгч дэх дулаан дамжуулагч материалыг ашиглах нь зөвхөн "температурыг бууруулах" тухай биш, харин илүү тодорхой дизайны зорилготой: 1. Чухал бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн оргил температурыг бууруулах MOSFET, диод, трансформатор, хяналтын IC зэрэг бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь ажиллах температурын хязгаартай байдаг. Хэрэв хэт халвал үр ашиг нь буурч, ашиглалтын хугацаа богиносч, дулааны хамгаалалт байнга идэвхжиж болзошгүй.
2. Дулааныг илүү жигд хуваарилах Нэг цэгт маш халуун цэг байх нь бага температурт жигд тархсан дулаанаас илүү аюултай.
3. Найдвартай байдал болон ашиглалтын хугацааг нэмэгдүүлэх Өндөр температурын нөлөөгөөр олон электроникийн эвдрэл хурдасдаг. Электроникийн нийтлэг дүрэм бол температур нэмэгдэх нь тусгаарлагч материал, гагнуур болон конденсаторын хөгшрөлтийг хурдасгадаг гэж үздэг.
4. Авсаархан дизайныг дэмжих Дулааны сайн менежментийн тусламжтайгаар үйлдвэрлэгчид аюулгүй байдал, найдвартай байдлыг алдагдуулахгүйгээр цэнэглэгчийг жижигрүүлж чаддаг.
Дулаан дамжуулагч материалын түгээмэл хэрэглэгддэг төрлүүд 1. Дулааны интерфэйсийн материал (TIM) TIM нь халуун эд анги болон "дулаан тараагч/тараагч" үүрэг гүйцэтгэдэг эд ангийн хооронд байрлуулсан завсрын материал юм, жишээлбэл, дотоод хүрээ, дулаан тараагч эсвэл тодорхой бүрхүүл. Үүний үүрэг бол бүрэн тэгш биш гадаргуугаас үүссэн бичил зайг дүүргэх явдал юм.
БАГИЙН жишээ: - Дулааны дэвсгэр (уян хатан хуудас): суурилуулахад хялбар, зай завсарыг бөглөхөд тохиромжтой.
- Дулааны зуурмаг/тос: сайн дамжуулах чадвартай боловч бохирдохгүйн тулд цэвэрхэн түрхэх ёстой.
- Дулааны цавуу: нэгэн зэрэг нааж, дулаан дамжуулдаг тул авсаархан загварт тохиромжтой.
Цэнэглэгчдэд TIM-ийг ихэвчлэн цахилгаан эд ангиуд болон гэрт холбогдсон дотоод эд ангиудын хооронд ашигладаг бөгөөд ингэснээр дулаан нь гаднах гадаргуу руу тархдаг.
2. Дулаан дамжуулагч хуванцар цэнэглэгч нь цахилгаан тусгаарлагч сайтай, өртөг багатай тул ерөнхийдөө хуванцар бүрхүүл ашигладаг. Асуудал нь ердийн хуванцар нь дулаан дамжуулах чадваргүй байдаг. Шийдэл: борын нитрид, хөнгөн цагаан нитрид эсвэл бусад керамик хэсгүүд зэрэг дулаан дамжуулагч дүүргэгчтэй нийлмэл хуванцар. Үүний үр дүнд бүрхүүл нь дулаан тусгаарлагч хэвээр байгаа ч дулаан дамжуулалт нь нэмэгддэг.
Давуу талууд: - Цахилгааны хувьд аюулгүй хэвээр байна (тусгаарлагч).
- Бүрээсний гадаргуугаар дулааныг тараахад тусалж чадна.
- Хүрэхэд аюулгүй байх шаардлагатай хэрэглээний төхөөрөмжүүдэд илүү тохиромжтой.
Бэрхшээлүүд: - Материалын өндөр өртөг.
- Дүүргэгч нь хэвлэх явцад хуванцарын урсгалд нөлөөлдөг тул үйлдвэрлэлийн процесс илүү төвөгтэй байж болно.
3. Керамик ба керамик дүүргэгч Зарим керамикийг дулаан дамжуулах чадвартай тул цахилгаан тусгаарлагч болгон ашигладаг. Энэ нь дулаан дамжуулах шаардлагатай газарт тохиромжтой боловч цахилгаан дамжуулах ёсгүй. Жишээлбэл, зарим загварт керамик эд ангиудыг дулааны тархалтын зам эсвэл дулаан-цахилгаан тусгаарлагч болгон нэгтгэдэг.
Материалын жишээ: - Хөнгөн цагаан нитрид (AlN): өндөр дулаан дамжуулалт ба сайн цахилгаан тусгаарлагч.
- Бор нитрид (BN): ихэвчлэн дүүргэгч эсвэл хуудас болгон ашигладаг.
4. Дулаан түгээгч болгон хөнгөн цагаан ба зэс Хэдийгээр цэнэглэгчийн гаднах бүрхүүл нь ихэвчлэн хуванцар байдаг ч дотор тал нь заримдаа дулааныг түгээх хөнгөн цагаан/зэс хуудас эсвэл хүрээтэй байдаг. Хөнгөн цагааныг хөнгөн бөгөөд хямд учраас сонгодог бол зэс нь дулааныг илүү сайн хуваарилдаг ч хүнд бөгөөд илүү үнэтэй байдаг.
Үр дүнтэй дулааны холбоо барихын тулд дотоод металлын хэрэглээг ихэвчлэн TIM-тэй хослуулдаг. Гэсэн хэдий ч зураг төсөл нь тусгаарлагчийн зай болон цахилгааны аюулгүй байдал (нуруулалт/цэвэрлэгээ)-д анхаарлаа хандуулах ёстой, учир нь металл нь цахилгаан дамжуулагч юм.
5. Дулаан сарниулах зориулалттай графит хуудас Графит хуудас (графит дулааны хуудас) нь ухаалаг утас гэх мэт нимгэн төхөөрөмжүүдэд өргөн хэрэглэгддэг бөгөөд одоо авсаархан цэнэглэгчийн загварт улам бүр хамааралтай болж байна. Графит нь гадаргуу дээрээ дулааныг маш сайн хуваарилах чадвартай бөгөөд халуун цэгүүдийг жигд хуваарилахад тусалдаг тул бүрхүүлийн гадаргуу зөвхөн нэг хэсэгтээ халахгүй.
Дизайн ба аюулгүй байдлын асуудлууд Цэнэглэгчийн дулааныг зохицуулах нь зөвхөн "дулаан дамжуулагч материал нэмэх" тухай биш байж болно. Үүнд хэд хэдэн чухал зүйл байна: 1. PLN цахилгаан хүчдэлд холбогдсон цэнэглэгчдэд цахилгаан тусгаарлалт нь нэн тэргүүний асуудал хэвээр байна. Цахилгаан дамжуулагч болох дулаан дамжуулагч материалыг (жишээлбэл, хөнгөн цагаан/зэс) зөв байрлуулж, дулаалсан байх ёстой.
2. Температур болон хөгшрөлтөд тэсвэртэй TIM болон нийлмэл хуванцарууд нь удаан хугацааны ажлын температурт тогтвортой байх ёстой. Хатуурсан, хагарсан эсвэл агшсан материалууд нь дулааны холбоог бууруулж, үнэндээ дулааныг нэмэгдүүлдэг.
3. Журам ба аюулгүй байдлын стандартууд Цэнэглэгч бүтээгдэхүүнүүд нь тодорхой стандартыг дагаж мөрддөг (жишээлбэл, гадаргуугийн температур, дулаалга, хэвийн бус нөхцөлд тэсвэртэй байдал). Шинэ материалууд эдгээр шаардлагыг хангасан байх ёстой.
4. Хэрэглэгчийн тав тух Техникийн хувьд аюулгүй боловч хэт халсан цэнэглэгч нь хэрэглэгчийн туршлагыг доройтуулдаг. Сайн дулааны дизайн нь гадаргуугийн температурыг хүрэхэд тав тухтай байлгахыг баталгаажуулдаг.
Дулаан дамжуулагч материалын цэнэглэгчийн үр ашиг болон хэмжээнд үзүүлэх нөлөө Орчин үеийн цэнэглэгч нь ихэвчлэн GaN (Галлийн нитрид) технологийг ашигладаг бөгөөд энэ нь илүү үр ашигтай бөгөөд соронзон эд ангиудын хэмжээг багасгахын тулд хурдан шилжих боломжийг олгодог. Гэсэн хэдий ч GaN нь халаалтгүй биш бөгөөд зүгээр л алдагдлыг бууруулдаг. Их хэмжээний эрчим хүчийг бага эзэлхүүнд багтаах үед дулааны менежмент чухал хэвээр байна. Дулаан дамжуулагч материалууд нь үйлдвэрлэгчдэд дараахь боломжийг олгодог: - эд ангиудыг илүү нягт байрлуулах, - халуун цэгийн температурыг дарах, - жижиг хэлбэрийн хүчин зүйлд өндөр гүйцэтгэлийг хадгалах.
Өөрөөр хэлбэл, дулаан дамжуулагч материалууд нь аюулгүй байдлыг алдагдуулахгүйгээр "жижиг боловч хүчирхэг" цэнэглэгчийг бий болгоход тусалдаг.
Дүгнэлт Цэнэглэгчдэд дулаан дамжуулагч материалыг ашиглах нь авсаархан, хүчирхэг, аюулгүй орчин үеийн цэнэглэгчийг зохион бүтээх гол түлхүүрүүдийн нэг юм. Дулааны дэвсгэр болон дулааны цавуу зэрэг TIM-ээс эхлээд дулаан дамжуулдаг нийлмэл хуванцар, дулаан дамжуулалтаа хадгалдаг тусгаарлагч керамик, бал чулуун хуудас болон металл дулаан тараагч хүртэл бүгд чухал бүрэлдэхүүн хэсгүүдээс дулааныг илүү өргөн хүрээ рүү чиглүүлж, хүрээлэн буй орчинд ялгаруулахад чиглэгддэг. Дулааны зөв менежменттэй бол цэнэглэгч нь илүү бат бөх, үр ашигтай байхаас гадна ашиглахад илүү тохь тухтай, төхөөрөмж болон хэрэглэгчдэд аюулгүй байдаг.
Хэрэв та хүсвэл би энэ нийтлэлийг тодорхой хэрэгцээнд тохируулан өөрчилж болно - жишээлбэл, технологийн блог нийтлэл, шинжлэх ухааны өгүүлэл (ишлэлтэй) эсвэл танилцуулгын материалд зориулж - мөн 65Вт/100Вт цэнэглэгчийн загвар болон түүний дулааны урсгалын диаграммын жишээг нэмж болно.
