স্পন্দিত পাওয়ার সিস্টেমে অস্তরক গরম করার সীমাবদ্ধতা
প্রিন্টেড সার্কিট বোর্ড উত্পাদন এবং সেমিকন্ডাক্টর মেটালাইজেশনের জন্য ইলেক্ট্রোলেস কপার স্নানের জন্য 60 ডিগ্রি থেকে 75 ডিগ্রিতে সঠিক তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ প্রয়োজন। উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি স্পন্দিত পাওয়ার হিটিং, 20 kHz থেকে 100 kHz-এ কাজ করে দ্রুত চালু-চক্রের সাথে, তাপমাত্রার অভিন্নতা উন্নত করে কিন্তু PFA হিটার শীথের মধ্যে অস্তরক ক্ষতির পরিচয় দেয়। ডিসি বা লাইন-ফ্রিকোয়েন্সি এসি হিটিং এর বিপরীতে যেখানে পলিমার একটি প্যাসিভ ইনসুলেটর হিসাবে কাজ করে, উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি ক্ষেত্রগুলি পিএফএ-তে আণবিক ডাইপোল ঘূর্ণন ঘটায়, অভ্যন্তরীণ তাপ উৎপন্ন করে যা তার থেকে প্রতিরোধী উত্তাপকে যোগ করে। 16টি ইলেক্ট্রোলেস কপার ইনস্টলেশনের পরিমাণগত বিশ্লেষণ দেখায় যে PFA-এর অস্তরক ক্ষতির স্পর্শক 0.0008 থেকে 25 ডিগ্রিতে 0.015 থেকে 180 ডিগ্রিতে বৃদ্ধি পায়, যা উচ্চতর তাপমাত্রায় উল্লেখযোগ্য স্ব{16}}উষ্ণতা তৈরি করে।
পিএফএ কপোলিমারে ডাইইলেকট্রিক লস মেকানিজম
অস্তরক ক্ষতি স্পর্শক (tan δ) পলিমারের মধ্যে তাপে রূপান্তরিত বৈদ্যুতিক শক্তির ভগ্নাংশ পরিমাপ করে যখন একটি বিকল্প বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের অধীন হয়। PFA-এর জন্য, প্রাথমিক ক্ষতির প্রক্রিয়া হল কার্বনাইল শেষ গোষ্ঠীর ঘূর্ণন এবং 50 থেকে 200 পিপিএম ঘনত্বে উপস্থিত অন্যান্য পোলার অমেধ্য। 25 ডিগ্রি এবং 50 kHz এ, tan δ প্রিমিয়াম PFA গ্রেডের জন্য 0.0008 থেকে 0.0012 পরিমাপ করে। তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে পলিমার চেইনের সেগমেন্টাল গতিশীলতা আরও মেরু গোষ্ঠীকে বিকল্প ক্ষেত্রের সাথে সারিবদ্ধ হতে দেয়, ক্ষতি বৃদ্ধি পায়। 100 ডিগ্রীতে, ট্যান δ 0.003 থেকে 0.005 এ পৌঁছায়। 150 ডিগ্রীতে, 0.008 থেকে 0.012 এর ট্যান δ। 180 ডিগ্রীতে, ক্রমাগত-ব্যবহারের সীমার কাছাকাছি, ট্যান δ তীব্রভাবে 0.012 থেকে 0.018 পর্যন্ত বৃদ্ধি পায়। কম-কারবক্সিল এন্ড গ্রুপ সহ 10 পিপিএম-এর নিচে কম হওয়া অপরিষ্কার PFA গ্রেডগুলি 150 ডিগ্রিতে 0.002 এর ট্যান δ অর্জন করে, কিন্তু মানক অপরিষ্কার স্তর সহ প্রিমিয়াম গ্রেডগুলি উচ্চতর মান দেখায়।
স্ব-হিটিং পাওয়ার গণনা এবং তাপমাত্রা বৃদ্ধি
প্রতি ইউনিট ভলিউম প্রতি অস্তরক স্বয়ং - গরম করার শক্তি হল P_d=2πf ε₀ ε_r' ট্যান δ E², যেখানে f হল ফ্রিকোয়েন্সি, ε₀ হল ভ্যাকুয়াম পারমিটিভিটি, ε_r' হল আপেক্ষিক পারমিটিভিটি (PFA এর জন্য 2.1), এবং E হল বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি। একটি 2.0 মিমি প্রাচীর জুড়ে 230V প্রয়োগ করা একটি সাধারণ PFA হিটারের জন্য, গড় ক্ষেত্রের শক্তি হল 115 kV/m। 50 kHz এবং tan δ=0.005 (100 ডিগ্রী), স্ব-উষ্ণতা 0.12 W/cm³ যোগ করে। PFA ভলিউমের 200 cm³ সহ একটি হিটারের জন্য, এটি 24 ওয়াট অভ্যন্তরীণ তাপ উৎপাদনের প্রতিনিধিত্ব করে, PFA তাপমাত্রাকে শুধুমাত্র প্রতিরোধী তারের উত্তাপ থেকে গণনা করা তাপমাত্রার থেকে প্রায় 8 ডিগ্রী বেশি করে। ট্যান δ=0.010 সহ 150 ডিগ্রীতে, স্ব-উষ্ণতা দ্বিগুণ হয়ে 0.24 ওয়াট/সেমি³, 48 ওয়াট যোগ করে এবং অতিরিক্ত তাপমাত্রা 15 ডিগ্রি বাড়িয়ে দেয়। মিথস্ক্রিয়া একটি ইতিবাচক প্রতিক্রিয়া লুপ তৈরি করে: উচ্চ তাপমাত্রা ট্যান δ বাড়ায়, যা স্ব-উষ্ণতা বাড়ায়, যা তাপমাত্রা আরও বাড়ায়।
স্পন্দিত পরিসীমা জুড়ে ফ্রিকোয়েন্সি সংবেদনশীলতা
PFA-এর অস্তরক ক্ষতির স্পর্শক 20 kHz থেকে 100 kHz পরিসরে ফ্রিকোয়েন্সির সাথে রৈখিকভাবে বৃদ্ধি পায়, কারণ প্রতিটি চক্র অতিরিক্ত ডাইপোল প্রান্তিককরণের সুযোগ প্রদান করে। 100 ডিগ্রিতে, 20 kHz-এ tan δ হল 0.0035, 50 kHz-এ হল 0.0045, এবং 100 kHz-এ হল 0.0060৷ উন্নত তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণের জন্য উচ্চতর পালস ফ্রিকোয়েন্সি ব্যবহার করে সিস্টেম ডিজাইনারদের অবশ্যই আনুপাতিকভাবে উচ্চতর অস্তরক গরম করার জন্য অ্যাকাউন্ট করতে হবে। 100 kHz এ চালিত একটি হিটার 50 kHz-এ একই হিটারের তুলনায় 70% বেশি ডাইইলেকট্রিক স্ব{13}}তাপ অনুভব করে, অন্যান্য সমস্ত প্যারামিটার সমান। ব্যবহারিক অর্থ হল যে একই PFA সর্বোচ্চ তাপমাত্রা বজায় রাখার জন্য 50 kHz থেকে 100 kHz ফ্রিকোয়েন্সি বাড়ানোর সময় সর্বাধিক অনুমোদিত শক্তি ঘনত্ব অবশ্যই 15% থেকে 25% হ্রাস করতে হবে।
স্থিতিশীল অপারেশনের জন্য তাপমাত্রা সীমা
| অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সি এবং পাওয়ার ঘনত্ব | তাপীয় পলাতক এড়াতে সর্বাধিক নিরাপদ পিএফএ বাল্ক তাপমাত্রা | সেই তাপমাত্রায় সংশ্লিষ্ট ট্যান δ | অস্তরক স্বয়ং-তাপীকরণ অবদান |
|---|---|---|---|
| 20 kHz, < 15 W/cm² | 160 ডিগ্রী | 0.010 থেকে 0.012 | মোট গরমের 8-12% |
| 50 kHz, < 15 W/cm² | 150 ডিগ্রী | 0.008 থেকে 0.010 | মোট গরমের 10-15% |
| 50 kHz, > 20 W/cm² | 140 ডিগ্রী | 0.006 থেকে 0.008 | মোট গরমের 12-18% |
| 100 kHz, যেকোনো পাওয়ার ঘনত্ব | 130 ডিগ্রী | 0.005 থেকে 0.007 | মোট গরমের 15-25% |
পালসড পাওয়ার সার্ভিসের জন্য পিএফএ গ্রেড নির্বাচন
সাধারণ কারবক্সিল শেষ গোষ্ঠীর ঘনত্ব সহ স্ট্যান্ডার্ড PFA গ্রেডগুলি ট্যান δ দেখায় যা 150 ডিগ্রির উপরে দ্রুত বৃদ্ধি পায়, যা তাপীয় পলাতক হওয়ার ঝুঁকি তৈরি করে যেখানে ডাইইলেকট্রিক স্বয়ং-উষ্ণতা তাপমাত্রাকে উচ্চতর করে, যা ক্ষতি বাড়ায়, তাপমাত্রা এখনও উচ্চতর করে৷ নিম্ন-অশুদ্ধতা পিএফএ গ্রেড, যাকে কখনও কখনও ইলেকট্রনিক বা সেমিকন্ডাক্টর গ্রেড বলা হয়, পোলার এন্ড গ্রুপ 150 পিপিএম থেকে 15 পিপিএম-এর নিচে হ্রাস করার কারণে 0.005 থেকে 180 ডিগ্রি পর্যন্ত ট্যান δ বজায় রাখে। ইলেক্ট্রোলেস কপার বাথের স্পন্দিত শক্তি গরম করার জন্য যেখানে নিয়ন্ত্রণ তাপমাত্রা মাত্র 75 ডিগ্রী, স্ট্যান্ডার্ড গ্রেড গ্রহণযোগ্য কারণ PFA বাল্ক তাপমাত্রা ডাইইলেকট্রিক সেলফ হিটিং সহও 100 ডিগ্রির নিচে থাকে। যাইহোক, যেসব অ্যাপ্লিকেশনের জন্য হিটারটি বাতাসের সংস্পর্শে আসতে পারে বা কম{13}}প্রবাহের অবস্থা যা PFA তাপমাত্রা 140 ডিগ্রির বেশি হতে দেয়, সেখানে কম-অমেধ্য গ্রেড প্রয়োজন। গ্রেডের মধ্যে খরচের পার্থক্য সাধারণত 20% থেকে 30%, শুধুমাত্র তখনই যুক্তিযুক্ত হয় যখন উচ্চ তাপমাত্রার এক্সপোজার সম্ভব হয়।
অস্তরক ক্ষেত্র শক্তি সঙ্গে প্রাচীর বেধ মিথস্ক্রিয়া
PFA প্রাচীর জুড়ে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি, যা অস্তরক স্ব-তাপীকরণ শক্তি নির্ধারণ করে, একটি প্রদত্ত প্রয়োগকৃত ভোল্টেজের জন্য দেয়ালের বেধের বিপরীতভাবে সমানুপাতিক। একটি 1.5 মিমি প্রাচীর 230V এ 153 kV/m ক্ষেত্র শক্তি অনুভব করে, যখন একটি 2.5mm প্রাচীর 92 kV/m অনুভব করে। যেহেতু স্ব-ক্ষেত্রের শক্তির বর্গক্ষেত্রের সাথে তাপীকরণ শক্তি স্কেল করে, তাই 1.5 মিমি প্রাচীর একই ভোল্টেজ এবং ফ্রিকোয়েন্সিতে 2.5 মিমি প্রাচীরের তুলনায় 2.8 গুণ বেশি অস্তরক তাপ উৎপন্ন করে। স্পন্দিত পাওয়ার সিস্টেমের জন্য, মোটা পিএফএ দেয়াল ডাইইলেকট্রিক স্ব{13}}তাপকে যথেষ্ট পরিমাণে হ্রাস করে, তাপীয় স্থিতিশীলতার উন্নতি করে। ট্রেড বন্ধ{15}}রেজিস্ট্যান্স তার থেকে স্নানে তাপ স্থানান্তর হ্রাস করা হয়। ইলেক্ট্রোলেস কপারের জন্য যেখানে তাপ স্থানান্তরের প্রয়োজনীয়তা মাঝারি (10-15 ওয়াট/সেমি²), 2.2 মিমি থেকে 2.5 মিমি দেয়াল নির্দিষ্ট করা পর্যাপ্ত তাপ কর্মক্ষমতা বজায় রেখে ডাইইলেকট্রিক হিটিং ঝুঁকিতে উল্লেখযোগ্য হ্রাস প্রদান করে।
পরিমাপ এবং যাচাইকরণ প্রোটোকল
উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি স্পন্দিত পাওয়ার পরিষেবার জন্য PFA হিটারগুলি নির্দিষ্ট করার সময়, সরবরাহকারীর কাছ থেকে অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সিতে এবং 25 ডিগ্রি থেকে 160 ডিগ্রি তাপমাত্রার পরিসরে ট্যান δ পরিমাপ প্রয়োজন৷ পরিমাপ একটি নির্ভুল প্রতিবন্ধক বিশ্লেষক ব্যবহার করে ASTM D150 অনুসরণ করা উচিত। সরবরাহকারীদের 25 ডিগ্রি, 50 ডিগ্রি, 100 ডিগ্রি, 130 ডিগ্রি, 150 ডিগ্রি এবং 170 ডিগ্রিতে ডেটা সরবরাহ করতে হবে। 50 kHz স্পন্দিত শক্তি সহ 75 ডিগ্রিতে কাজ করে ইলেক্ট্রোলেস কপার বাথের জন্য, নিরাপত্তা মার্জিন প্রদান করতে 100 ডিগ্রিতে 0.005 এর নিচে টার্গেট করুন। যদি সরবরাহকারী স্ট্যান্ডার্ড গ্রেড দিয়ে এটি অর্জন করতে না পারে, তাহলে কম{18}}অমেধ্য ইলেকট্রনিক গ্রেড PFA উল্লেখ করুন। নির্দিষ্ট হিটার জ্যামিতি, ভোল্টেজ, ফ্রিকোয়েন্সি এবং প্রাচীরের বেধের জন্য প্রত্যাশিত ডাইইলেকট্রিক স্বয়ং{20}}তাপীকরণের তাপমাত্রা বৃদ্ধির গণনার অনুরোধ করুন, প্রতিনিধি অবস্থাতে কাজ করা একটি পরীক্ষা হিটারের ইনফ্রারেড থার্মাল ইমেজিং দ্বারা যাচাই করা হয়। PFA দেয়ালে এম্বেড করা থার্মোকল ব্যবহার করে মাঠ যাচাই নিশ্চিত করে যে পরিমাপ করা তাপমাত্রা ±3 ডিগ্রির মধ্যে পূর্বাভাসের সাথে মেলে।
স্পন্দিত শক্তি ইলেক্ট্রোলেস কপারের জন্য স্পেসিফিকেশন গাইডেন্স
ইলেক্ট্রোলেস কপার বাথের উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি স্পন্দিত শক্তি গরম করার জন্য, 2.2 মিমি ন্যূনতম প্রাচীর বেধ এবং কম-অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সি 30 kHz অতিক্রম করলে ইলেকট্রনিক গ্রেড PFA-এর PFA হিটারগুলি নির্দিষ্ট করুন৷ 130 ডিগ্রীতে 0.007 এর নিচে এবং অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সিতে 150 ডিগ্রীতে 0.010 এর নিচে tan δ সার্টিফিকেশন প্রয়োজন। যখন পাওয়ার সাপ্লাই পরিবর্তনশীল ফ্রিকোয়েন্সি আউটপুট ব্যবহার করে, তখন ট্যান δ প্রয়োজনীয়তার জন্য সবচেয়ে খারাপ{10}}কেস ফ্রিকোয়েন্সি নির্দিষ্ট করুন। নতুন সিস্টেম ডিজাইনের জন্য, ডাইইলেক্ট্রিক সেলফ হিটিং ইফেক্টগুলি সরাসরি সনাক্ত করতে বাল্ক ফ্লুইডের পরিবর্তে PFA প্রাচীরের কাছাকাছি ব্যবহারিক হিসাবে তাপমাত্রা সেন্সরটি সনাক্ত করুন। ডাইইলেকট্রিক ক্ষেত্রের শক্তি কমাতে 75 kHz এর বেশি ফ্রিকোয়েন্সি সহ সিস্টেমগুলির জন্য মোটা দেয়াল (2.5mm থেকে 2.8mm) ব্যবহার করার কথা বিবেচনা করুন, তাপ কার্যক্ষমতার শাস্তি স্বীকার করুন৷ বিদ্যমান হিটারগুলিতে স্পন্দিত পাওয়ার কন্ট্রোলারগুলিকে রিট্রোফিট করার সময়, অপারেশনের আগে প্রত্যাশিত ডাইলেকট্রিক স্ব{18}}হিটিং গণনা করুন, কারণ লাইন{19}}ফ্রিকোয়েন্সি এসির জন্য ডিজাইন করা হিটারগুলি উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সিতে ডাইইলেকট্রিক ক্ষতির জন্য অপর্যাপ্ত মার্জিন থাকতে পারে। ফিল্ড ইনস্টলেশনের আগে থার্মাল রনঅওয়ের দিকে কোনো প্রবণতা শনাক্ত করার জন্য সরবরাহকারীকে কোনো প্রবাহের অবস্থার অধীনে সম্পূর্ণ শক্তিতে একটি তাপীয় বৃদ্ধি পরীক্ষা করার অনুরোধ করুন।
