Какви форми на опаковане са подходящи за силови диоди в енергийно оборудване?

1, Избор на пакет, управляван от изискванията за разсейване на топлината: градиентен дизайн от TO-220 до DFN
В енергийното оборудване способността за разсейване на топлината на силовите диоди директно определя тяхната работна температура и продължителност на живота. Според различното термично съпротивление (R θ JA) и методите за разсейване на топлината, опаковъчните форми могат да бъдат разделени на следните три категории:

Опаковка от серия TO: еталонът за разсейване на топлината при сценарии с висока{0}}мощност
Пакетите TO-220 и TO-247 са проектирани с метални щифтове и подложки за разсейване на топлината, за да отвеждат топлината към печатната платка или радиатора, което ги прави предпочитан избор за сценарии с висока-мощност като индустриални захранвания и моторни задвижвания. Например, 5kW фотоволтаичен инвертор използва MBR20100CT (пакет TO-220) Шотки диод, който поддържа 20A ток и има термично съпротивление от само 2,5 градуса /W. Може да работи стабилно дълго време при околна температура от 60 градуса. Пакетът TO-247 допълнително намалява термичното съпротивление до 1,8 градуса /W чрез по-широко разстояние между щифтовете и по-голяма площ на разсейване на топлината, което го прави подходящ за приложения с ултрависоко напрежение (като 1700V) и ултрависок ток (като 3600A), като гъвкави DC преобразувателни вентили.
Пакет DFN/PowerPAK: решение за разсейване на топлината с висока-дизайн
С развитието на енергийното оборудване към миниатюризация и висока плътност на мощността, пакетите DFN (двустранни плоски без щифтове) и PowerPAK директно отвеждат топлината към медно фолио на печатни платки чрез открит отдолу дизайн на подложка и термичното съпротивление може да бъде толкова ниско, колкото 0,5 градуса/W. Например, сървърно захранване използва SiC диоди, опаковани в DFN8 × 8, с повишаване на температурата от само 15 градуса при 100A ток, което е с 60% по-ниско от пакет TO-220. Този тип опаковки също поддържат автоматизирано производство за повърхностен монтаж, което значително подобрява ефективността на производството.
Модулно опаковане: Сътрудничество за интегрирано разсейване на топлината с множество устройства
В преобразувателя на вятърна енергия и системата за съхранение на енергия, множество диоди трябва да бъдат интегрирани с IGBT, кондензатор и други компоненти в един и същи модул. Модулното опаковане постига паралелно свързване на множество чипове чрез технология за кримпване или запояване, като същевременно се използват медни субстрати или течно охлаждане за разсейване на топлината, подобрявайки общата ефективност на разсейване на топлината. Например, определен офшорен преобразувател на вятърна енергия използва гофриран IGBT модул с вградени -SiC диоди на Шотки. Чрез двустранно-дизайн за разсейване на топлината термичното съпротивление е намалено до 0,3 градуса/W, поддържайки ниво на изходна мощност от 10 MW.
2, Оптимизация на пакета, адаптирана към методите на инсталиране: преход от вмъкване през-отвор към повърхностен монтаж
Производствените методи и пространствените ограничения на енергийното оборудване изискват диференцирани форми на опаковане, насърчавайки еволюцията на технологията за опаковане към автоматизация и компактност.

Опаковка за поставяне през отвор (THT): Съвместимост между ръчно заваряване и поддръжка
Пакетите от серията DIP (Dual In Line) и TO се фиксират механично чрез поставяне на щифтове в отворите на печатни платки, подходящи за сценарии, които изискват ръчно запояване или поддръжка. Например, определена промишлена контролна платка използва токоизправителни диоди 1N4007, опаковани в DIP, чиято цена е с 30% по-ниска от опаковката за повърхностен монтаж (SMT), но заема два пъти по-голяма площ на платката от SMA опаковката. Този тип опаковки все още заемат определен пазарен дял при евтини-захранващи адаптери и платки за управление на домакински уреди.
Опаковка с технология за повърхностен монтаж (SMT): Ядрото на автоматизираното производство и интеграцията с висока плътност
Пакетите от сериите SMA/SMB/SMC и SOD са проектирани с къси щифтове или без щифтове, за да се адаптират към автоматизирано производство за повърхностен монтаж, което значително подобрява ефективността на производството. Например, зарядно устройство за мобилен телефон използва диоди на Шотки SS14, опаковани в SMA, заемащи само 2,5 × 1,2 mm² площ на платката, което е 80% по-малко от опаковката DO-41. В станциите за зареждане на електрически превозни средства диодът с ултра бързо възстановяване (UFRD), опакован в SOD-323, поддържа 1MHz високочестотно превключване, което спомага за постигане на 95% ефективност на преобразуване.
Вградено капсулиране: бъдещата посока на интеграция на системно ниво
С развитието на енергийното оборудване към интелигентност, вградените опаковки интегрират диоди, драйверни вериги, сензори и т.н. в един чип, намалявайки паразитните параметри и подобрявайки надеждността. Например, интелигентен захранващ модул (IPM) интегрира SiC MOSFET и диод на Шотки, намалявайки размера си с 50% чрез 3D технология за опаковане, като същевременно намалява EMI шума, което го прави подходящ за фотоволтаични микро инвертори и системи за захранване на дронове.
3, Класиране на пакета за съвпадение на нивото на мощност: пълно покритие от слаб сигнал до ултра-високо напрежение
Обхватът на мощността на енергийното оборудване варира от миливати (като захранване на сензори) до мегавати (като преобразуватели на вятърна енергия) и подходящата форма на опаковка трябва да бъде избрана според нивото на мощност.

Сценарий с ниска мощност (<1A): Lightweight design of SOD and SOT packaging
При коригирането на сигнала и спомагателното захранване пакетите SOD-123 и SOT-23 доминират поради малкия си размер (1,7 × 1,25 mm²) и предимствата на ниската цена. Например, една TWS слушалка използва BAT54S (пакет SOD-123) двойни диоди на Шотки за постигане на коригиране и защита на аудио сигнала с консумация на енергия от само 0,1 W.
Сценарий със средна мощност (1A-50A): Балансиран избор между SMA и TO-220
Пакет SMA (5,4 × 2,6 mm²) поддържа 5A ток и е подходящ за потребителска електроника и комуникационни устройства; Пакетът TO-220 може да пренася ток от 20 A, което го прави основния избор за индустриални захранвания и моторни задвижвания. Например определен модул за зареждане на електрическо превозно средство използва TO-220 опаковани диоди за бързо възстановяване (FRD), за да постигне 92% ефективност при честота от 100 kHz.
High power scenario (>50A): Пробив на модулността и опаковката с форма на диск-
При предаване на постоянен ток с ултра{0}}високо напрежение и генериране на ядрена енергия дискообразният-пакет за кримпване поддържа 3,6kV напрежение и 10kA ударен ток чрез херметично запечатване и двустранно-дизайн за разсейване на топлината. Например, определена преобразувателна станция за постоянен ток с ултра-високо напрежение използва спирално гофрирани диодни модули, за да постигне 99,9% надеждност и живот от над 20 години.
4, Иновации в опаковането от гледна точка на системната интеграция: от отделни устройства до интелигентни модули
С развитието на енергийното оборудване към интелигентност и работа в мрежа, формата на опаковката на силови диоди се развива от единични устройства до функционални модули, насърчавайки двойното подобряване на ефективността и надеждността на системата.

Интегриран дизайн: намаляване на паразитните параметри и EMI смущенията
При високо{0}}честотни приложения паразитната индуктивност и капацитет на диодите могат да причинят трептения и шум. Интегрираното опаковане значително намалява паразитните параметри чрез съвместно опаковане на диоди с кондензатори, резистори и други компоненти. Например, LLC резонансен преобразувател използва модул, който интегрира UFRD и тънкослойни кондензатори, за да намали EMI шума с 20dB и да подобри ефективността на преобразуване до 96%.
Интелигентно наблюдение:-покачване на температурата в реално време и прогнозиране на живота
Чрез вграждане на температурни сензори или RFID чипове в опаковката може да се постигне-наблюдение в реално време на температурата на диодните преходи и работния статус, което позволява предсказуема поддръжка. Например, определена система за съхранение на енергия използва SiC диодни модули с температурни сензори, за да осигури ранно предупреждение за стареене на устройството чрез анализ на големи данни, намалявайки степента на отказ на системата със 70%.
Стандартизация и модулиране: намаляване на проектирането на системата и производствените разходи
Индустриалните съюзи насърчават стандартизацията на стандартите за опаковане, като модула MiniSKiiP на SEMIKRON и модула EasyPACK на Infineon, които съкращават циклите на разработка на продукта и намаляват разходите за BOM чрез стандартизирани интерфейси и дизайн на разсейване на топлината. Например, след приемането на стандартизирани модули, определен производител на фотоволтаични инвертори съкрати цикъла на изследване и развитие от 12 месеца на 6 месеца, намалявайки разходите с 15%.