Keandalan dalam Pengemasan Perangkat
Kinerja dalam sistem berkelanjutan dapat diukur melalui keandalan komponen dan daya tahan sistem. Keduanya dapat ditembus dengan pengoperasian perangkat semikonduktor pada tingkat temperatur yang lebih tinggi. Berdasarkan lingkungan aplikasinya, paket semikonduktor juga rentan terhadap tekanan dan torsi mekanis dus keandalan board level sangat penting untuk kelangsungan sistem. Microchip Technology, bersama dengan banyak produsen semikonduktor lainnya, menggunakan paket VQFN (very-thin quad flat no-lead) dan TQFP (thin quad flat package) untuk mengemas IC yang kompleks, seperti pengendali sinyal digital dalam paket dengan faktor bentuk kecil.
Paket VQFN menggunakan bantalan terbuka di permukaan bawah kemasan untuk secara efektif menghilangkan panas dalam jumlah yang tepat. Alhasil paket VQFN bisa mempertahankan sambungan yang cukup rendah terhadap resistansi termal sekitarnya (°C/W) saat perangkat beroperasi pada kapasitas maksimumnya. Paket TQFP menggunakan kabel jenis gull wing pada pengemasan tinggi profil rendah untuk menahan gaya getaran dan tekanan mekanis lainnya di lingkungan pengoperasian yang keras. Paket TQFP bisa membantu menghadirkan keandalan board level yang tinggi.
Gambar 3: Paket TQFP dan VQFN.
Selain itu, paket sederhana memungkinkan perancang sistem berkelanjutan untuk menggunakan penutup dengan volume lebih kecil, yang tidak hanya mengurangi biaya sistem tetapi juga menggunakan lebih sedikit material. Hal ini menyebabkan volume limbah yang lebih kecil pada akhir siklus hidup produk yang dapat digunakan.
Daya Tinggi dengan Miniaturisasi Sistem
Semikonduktor yang menunjukkan kerapatan daya tinggi dinilai dapat bekerja pada tingkat daya tinggi sekaligus memiliki footprint kecil. Ini adalah karakteristik khas dari Silicon Carbide (SiC) dan Gallium Nitride (GaN) serta modul daya yang digunakan dalam aplikasi konversi daya kendaraan bertenaga surya, angin, dan listrik. SiC dan GaN mendukung miniaturisasi sistem konversi daya yang memungkinkan pengoperasian sistem pada frekuensi yang lebih tinggi. Operasi frekuensi yang lebih tinggi memungkinkan pengurangan ukuran dan bobot perangkat yang diperlukan dalam mentransfer daya maksimum yang dihasilkan oleh sumber energi terbarukan, sembari mempertahankan efisiensi sistem konversi daya yang tinggi.
Keamanan Meningkatkan Daya Tahan
Fitur keamanan semikonduktor sangat penting untuk pengembangan sistem berkelanjutan. Fitur keamanan pada mikrokontroler, seperti boot yang aman dan tidak dapat diubah, memungkinkan penggunaan kembali sistem yang ada secara berkelanjutan. Pasalnya, hal ini bisa memastikan integritas setiap pembaruan peranti lunak yang diperlukan untuk meningkatkan kinerja sistem atau menerapkan perbaikan bug dalam kode. Dampaknya, sebuah desain berpotensi digunakan untuk jangka waktu yang lebih lama tanpa mengalami penggantian dan selanjutnya dibuang karena telah usang.
Penyimpanan kunci yang aman dan autentikasi node adalah fitur keamanan yang diterapkan pada perangkat semikonduktor, yang dapat melindungi dari serangan eksternal dan memastikan bahwa hanya kode asli yang dijalankan pada desain tertanam. Fitur ini memungkinkan dua atau lebih IC untuk mengenali penerimaan dan transmisi data kriptografi antara sumber “tepercaya” tanpa mengorbankan kinerja sistem.
Gambar 4: Faktor desain untuk sistem berkelanjutan.
Desain berkelanjutan adalah bagian dari ekosistem produsen dan konsumen energi. Desain berkelanjutan memiliki tantangan untuk tidak hanya menghasilkan dan menyimpan listrik dalam jumlah terbesar dari sumber energi terbarukan, tetapi juga menggunakan sistem kontrol yang efisien untuk menggunakan energi tersebut. Semikonduktor yang dikembangkan untuk sistem produsen dan konsumen mempertimbangkan faktor desain yang berkelanjutan.
Banyak vendor semikonduktor, seperti Microchip Technology, berinovasi produk dengan mode konsumsi daya yang lebih rendah, peningkatan kerapatan daya, dan fitur yang canggih untuk keamanan dan keselamatan demi memenuhi permintaan pasar akan faktor desain yang diperlukan dalam sistem berkelanjutan, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 4. Beberapa aplikasi ini berkisar dari pompa dan kipas yang sederhana tetapi sangat efisien, hingga pembangkit dan penyimpanan energi ramah lingkungan yang kompleks.