با گسترش استفاده از الکترونیک قدرت در خودروهای برقی، توربین‌های بادی، تجهیزات مخابراتی و صنایع سنگین، نیاز به سنجش دمای دقیق، سریع و پایدار بیش از پیش احساس می‌شود. در این میان، فناوری حسگرهای دمایی نیز به موازات این پیشرفت‌ها تحول یافته‌ است. یکی از نوآوری‌های مهم در این زمینه، معرفی حسگرهای Pt1000 قابل زینتر (Sinterable) (قابل اتصال با فشار و حرارت بدون لحیم‌کاری سنتی) در قالب SMD است؛ محصولی که تحولی جدی در طراحی و بهره‌برداری از ماژول‌های قدرت ایجاد می‌کند.

اجزای سنسور دمای Pt1000 در بسته‌بندی SMD-SC قابل زینتر - پدهای اتصال (AgPt) برای وایرباندینگ نازک و ضخیم - متالیزاسیون پشت (AgPd) بهینه‌شده برای فرآیند اتصال به روش زینتر نقره

طراحی نوآورانه برای سنجش دقیق در شرایط دشوار

حسگرهای دمای Pt1000 نسل جدید با طراحی ویژه‌ای توسعه یافته‌اند که امکان جای‌گذاری مستقیم و نزدیک به منبع حرارتی (مانند چیپ قدرت یا پاور دی (Power Die)) را فراهم می‌سازد. این طراحی با بهره‌گیری از لایه‌های ایزوله الکتریکی، نیاز به جداسازی فیزیکی یا استفاده از جزایر ایزوله‌کننده (islands) را از بین برده و اجازه می‌دهد که سنسور و سایر قطعات روی یک زیرلایه یکپارچه و ساده مونتاژ شوند.

گزینه‌های طراحی برای سنسور دمایی با ایزولاسیون الکتریکی (چپ) و با تماس‌های الکتریکی در بالا و پایین (راست) - طراحی ایزوله‌شده برای نصب ایمن نزدیک به منابع حرارتی - طراحی با تماس دوطرفه برای انعطاف بیشتر در موقعیت‌یابی

افزایش دقت اندازه‌گیری دما

مطالعات مدل‌سازی حرارتی نشان می‌دهند که دقت اندازه‌گیری دما به‌شدت به فاصله سنسور از منبع گرما وابسته است. سنسورهای SMD-SC Pt1000 به‌دلیل نزدیکی به منبع حرارت، می‌توانند دمای واقعی را با خطای بسیار کم تشخیص دهند، در حالی که در طراحی‌های مرسوم‌تر (مانند NTC با ترنچ ایزوله‌کننده) افت دما و تأخیر در پاسخ‌گویی به‌وضوح مشاهده می‌شود.

a: توزیع دما در ماژول قدرت با دمای اتصال ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد - بالا: زیرلایه بدون ترنچ ایزوله‌کننده - پایین: زیرلایه دارای ترنچ اضافی برای موقعیت‌یابی ایزوله سنسور / b: دمای اندازه‌گیری‌شده به‌عنوان تابعی از فاصله بین چیپ قدرت و سنسور دما

a: توزیع دما در ماژول قدرت با دمای اتصال ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد (پیکربندی شبیه به SiC) - بالا: زیرلایه بدون ترنچ - پایین: زیرلایه با ترنچ اضافه برای ایزولاسیون الکتریکی سنسور / b: دمای اندازه‌گیری‌شده در مقابل فاصله بین چیپ قدرت و سنسور دما

بهبود زمان پاسخ‌دهی تا ۳۰٪

در کنار دقت بالا، پاسخ سریع سنسور به تغییرات دما یک ویژگی حیاتی در سیستم‌های قدرت است. حسگرهای Pt1000 SMD با قرارگیری در نزدیکی منبع گرما، تا 30٪ سریع‌تر از نمونه‌های مرسوم به دما واکنش نشان می‌دهند. این سرعت واکنش بالا، به پیشگیری از افزایش دمای ناگهانی (thermal spikes) کمک کرده و عمر سیستم را به‌طور چشمگیری افزایش می‌دهد.

ساده‌سازی فرآیند تولید و کاهش هزینه‌ها

با حذف ترنچ‌های اضافی مورد نیاز در طراحی‌های قبلی، زیرلایه‌های مدار ساده‌تر و مقاوم‌تر طراحی می‌شوند. این موضوع منجر به:

• کاهش هزینه مواد اولیه
• کاهش نرخ ضایعات حین فرآیند سینتر تحت فشار
• افزایش پایداری مکانیکی در طراحی ماژول قدرت

پویایی سنجش دما: پاسخ حرارتی در فرآیند روشن شدن چیپ‌های قدرت - سنسور دما ① نزدیک به چیپ قدرت قرار دارد - سنسور دما ② توسط ترنچ ایزوله از چیپ فاصله گرفته است

پشتیبانی از عملکرد در دمای بالا با اتصالات سینتر

این سنسورها به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که با فناوری Silver Sintering (سینتر نقره) سازگار باشند. این نوع اتصال، امکان عملکرد مطمئن در دماهای بالای ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد را فراهم می‌کند. همچنین از طریق اتصال با سیم‌های نازک و ضخیم (thin/thick wire bonding) می‌توان آن‌ها را به راحتی در خطوط تولید استاندارد مونتاژ کرد.

منابع

این مقاله بر اساس مستندات فنی شرکت YAGEO Nexensos تهیه شده است. برای مشاهده مقاله کامل، روی این لینک کلیک کنید.

در ادامه بخوانید:

کاربرد حسگرهای دما در خودروهای برقی (E-Mobility)