The invention discloses an apparatus for reducing peak temperatures and
thermal excursions, of semiconductor devices, particularly in pulsed power
applications. The apparatus comprises thermally coupling Phase Change
Material (PCM) to the dissipating semiconductor device. PCM absorbs heat
and stays at a constant temperature during its phase change from solid to
liquid. The PCM melting point is chosen so that it is just below the
temperature the device would otherwise achieve. When the device approaches
the maximum temperature, the PCM melts, drawing heat from the device and
lowering the device's peak temperature. As the device stops dissipating,
after its pulse period, the PCM material solidifies releasing the heat it
absorbed. The apparatus lowers the peak temperature by absorbing heat when
the device is dissipating. The apparatus also keeps the semiconductor
device from cooling off as much as it would cool without the apparatus, as
the PCM material releases heat during the part of the cycle when it is
re-solidifying, i.e. when the pulse power is off. By lowering the peak
temperature the device achieves, and increasing the temperature of the
device when it is in the off portion of its pulsed power cycle the
temperature excursions of the device during operation are reduced. By
reducing the temperature swings, that the device sees during operation,
the thermal stress is reduced and the reliability of the device is
improved.
L'invenzione rileva un apparecchio per la riduzione le temperature peak e delle escursioni termiche, dei dispositivi a semiconduttore, specialmente nelle applicazioni pulsate di alimentazione. L'apparecchio contiene il materiale termicamente di coppia del cambiamento di fase (PCM) al dispositivo di dissipazione a semiconduttore. Il PCM assorbe il calore e rimane ad una temperatura costante durante il relativo cambiamento di fase dal solido a liquido. Il punto di fusione del PCM è scelto in modo che sia giusto sotto la temperatura che il dispositivo realizzerebbe al contrario. Quando il dispositivo si avvicina alla temperatura massima, il PCM si fonde, disegnando il calore dal dispositivo ed abbassando la temperatura peak del dispositivo. Poichè il dispositivo smette di dissipare, dopo il relativo periodo di impulso, il materiale del PCM si solidifica liberando il calore che ha assorbito. L'apparecchio abbassa la temperatura peak assorbendo il calore quando il dispositivo sta dissipandosi. L'apparecchio inoltre mantiene il dispositivo a semiconduttore dal raffreddare tanto come si raffredderebbe senza l'apparecchio, come il materiale del PCM libera il calore durante la fase del ciclo quando re-sta solidificandosi, cioè quando l'alimentazione di impulso è disinserita. Abbassando la temperatura peak il dispositivo realizza ed aumentando la temperatura del dispositivo quando è fuori nella parte del relativo ciclo pulsato di alimentazione le escursioni di temperatura del dispositivo durante il funzionamento sono ridotti. Riducendo la temperatura oscilla, quello che il dispositivo vede durante il funzionamento, lo sforzo termico è ridotto e l'affidabilità del dispositivo è migliorata.
