تفاوت بین مدیریت حرارتی SiC و سیلیکون

کربید سیلیکون (SiC) و سیلیکون (Si) هر دو مواد مورد استفاده در الکترونیک هستند، اما آنها خواص متفاوتی دارند که آنها را برای کاربردهای مختلف مناسب می کند،به خصوص در مورد مدیریت حرارتیدر اینجا یک مقایسه دقیق از SiC و Si از نظر مدیریت حرارتی:

رسانایی حرارتی

️سیلیکون کارباید (SiC): SiC نسبت به سیلیکون رسانایی حرارتی بسیار بالاتری دارد. رسانایی حرارتی SiC می تواند تا 490 W / (((m · K) باشد ، که آن را در تبعید گرما بسیار موثر می کند.این ویژگی برای دستگاه های الکترونیکی با قدرت بالا که در طول کار گرمای زیادی تولید می کنند بسیار مهم استرسانایی حرارتی بالا از SiC اجازه می دهد تا گسترش بهتر گرما و حذف سریع تر گرما از دستگاه، که برای حفظ عملکرد و قابلیت اطمینان دستگاه ضروری است.

️سیلیکون (Si): سیلیکون سنتی دارای رسانایی حرارتی پایین تر است، به طور معمول حدود 150 W/ (((m·K). این رسانایی حرارتی پایین تر به این معنی است که سیلیکون در از بین بردن گرما در مقایسه با SiC کمتر موثر است.در کاربردهای قدرت بالا، این می تواند منجر به افزایش دمای داخل دستگاه شود، که ممکن است نیاز به راه حل های خنک کننده اضافی برای حفظ شرایط عملیاتی مطلوب داشته باشد.

عملکرد در دمای بالا

️سیلیکون کارباید (SiC): دستگاه های SiC می توانند در دمای بسیار بالاتر از همتایان سیلیکونی خود کار کنند. برای مثال، MOSFET های SiC می توانند در دمای بالاتر از 200 ° C کار کنند.که به طور قابل توجهی بالاتر از حد 150 درجه سانتیگراد معمولی برای دستگاه های مبتنی بر سیلیکون استاین قابلیت دمای بالا نیاز به سیستم های خنک کننده پیچیده را کاهش می دهد و اجازه می دهد تا طراحی های جمع و جور و کارآمدتر باشد.

️سیلیکون (Si): دستگاه های مبتنی بر سیلیکون به طور کلی محدود به دمای کار کمتر از 150 درجه سانتیگراد هستند. فراتر از این دمای عملکرد دستگاه های سیلیکون می تواند کاهش یابد،و ممکن است نیاز به راه حل های مدیریت حرارتی اضافی مانند بخاری ها یا سیستم های خنک کننده برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد داشته باشند..

ثبات حرارتی

️سیلیکون کارباید (SiC): SiC دارای ثبات حرارتی عالی است که برای کاربردهایی که شامل تغییرات سریع دمای یا کار طولانی مدت در دمای بالا است، حیاتی است.مقاومت بالای سی سی ٬ مقاومت بالا در برابر شوک حرارتی و مقاومت اکسیداسیون برتر آن را برای کاربردهای سرامیک و نیمه هادی در درجه حرارت فوق العاده بالا مناسب می کند .

️سیلیکون (Si): در حالی که سیلیکون از نظر حرارتی در محدوده عملیاتی خود پایدار است، با ثبات دمای بالا از SiC مطابقت ندارد.دستگاه های سیلیکونی در دمای بالا بیشتر در معرض تخریب حرارتی هستند، که می تواند طول عمر و قابلیت اطمینان آنها را در محیط های با دمای بالا محدود کند.

مقاومت در برابر فرار حرارتی

️سیلیکون کارباید (SiC): SiC MOSFET ها در مقایسه با IGBT های سیلیکون در برابر فرار حرارتی مقاوم تر هستند. این مقاومت به دلیل رسانایی حرارتی بالاتر SiC ′ است ،که اجازه می دهد تا انتشار بهتر گرما و دمای عملیاتی پایدار، به خصوص در شرایط جریان بالا، ولتاژ و عملکرد رایج در وسایل نقلیه الکتریکی یا تولید.

️سیلیکون (Si): سیلیکون IGBT ها بیشتر مستعد فرار حرارتی هستند، به ویژه در شرایط جریان و ولتاژ بالا. این می تواند منجر به خرابی دستگاه شود اگر به درستی با راه حل های خنک کننده مناسب مدیریت نشود.

بهره وری و از دست دادن قدرت

️سیلیکون کارباید (SiC): دستگاه های SiC می توانند تقریباً ده برابر سرعت سیلیکون را تغییر دهند، که منجر به مدار کنترل کوچکتر و از دست دادن انرژی کمتر در طول کار می شود.این سرعت سوئیچ کردن بالا و از دست دادن قدرت کم باعث می شود SiC تقریبا ده برابر کارآمدتر در ولتاژ بالاتر از سیلیکون، که به ویژه در برنامه های کاربردی با قدرت بالا مفید است.

️سیلیکون (Si): دستگاه های سیلیکونی به طور معمول از دست دادن قدرت بیشتری دارند، به ویژه در سرعت های سوئیچ و ولتاژ بالا.که نیاز به راه حل های مدیریت حرارتی قوی تر برای حفظ عملکرد دستگاه دارد..

اندازه سیستم و هزینه

️سیلیکون کارباید (SiC): مزایای مدیریت حرارتی SiC می تواند منجر به کاهش اندازه سیستم و به طور بالقوه هزینه سیستم شود.که می تواند اندازه و هزینه کل سیستم را کاهش دهدبه خصوص در کاربردهاي ماشيني و صنعتي که فضا و وزن مهم هستند.

️سیلیکون (Si): سیستم های مبتنی بر سیلیکون اغلب نیاز به راه حل های خنک کننده اضافی برای مدیریت گرما دارند، که می تواند اندازه و هزینه کل سیستم را افزایش دهد.یا سیستم های خنک کننده مایع می تواند پیچیدگی و هزینه را به طراحی اضافه کند.

نمونه ها و کاربردها

️سیلیکون کارباید (SiC): SiC در کاربردهای قدرتمند مانند الکترونیک قدرت خودروهای الکتریکی، اینورترهای خورشیدی و تجهیزات مخابراتی فرکانس بالا استفاده می شود.ماژول های قدرت SiC با فن آوری های خنک کننده پیشرفته برای رسیدگی به چالش های حرارتی عملیات با قدرت بالا در حال توسعه هستند.توانایی سی سی سی برای کار در دمای بالاتر و رسانایی حرارتی بالا آن را برای این کاربردهای سخت ایده آل می کند.

️سیلیکون (Si): سیلیکون به طور گسترده ای در الکترونیک مصرفی استفاده می شود، که در آن تولید گرما به طور معمول پایین تر است و دمای کار در ظرف توانایی مواد است.در کاربردهای قدرت بالا، رسانایی حرارتی پایین تر سیلیکون و محدودیت های دمایی می تواند یک تنگنایی باشد و نیاز به استراتژی های مدیریت حرارتی اضافی دارد.

خلاصه

به طور خلاصه، SiC مزایای قابل توجهی نسبت به سیلیکون از نظر مدیریت حرارتی به دلیل رسانایی حرارتی بالاتر، توانایی کار در دمای بالاتر، ثبات حرارتی برتر ارائه می دهد.,و مقاومت در برابر فرار حرارتی. این خواص باعث می شود SiC یک ماده جذاب برای برنامه های کاربردی با قدرت بالا، دمای بالا و فرکانس بالا باشد که مدیریت حرارتی کارآمد بسیار مهم است.سیلیکون، در حالی که یک ماده بالغ و به خوبی درک شده است، با چالش هایی در مدیریت حرارتی مواجه است که می تواند عملکرد آن را در برنامه های کاربردی با قدرت بالا محدود کند.انتخاب میان SiC و سیلیکون برای یک برنامه خاص بستگی به الزامات خاص برای مدیریت قدرت دارد، دمای عملیاتی، کارایی و هزینه.