تعتمد حزم IC على ملفات PCB لتبديد الحرارة. بشكل عام ، يعد ثنائي الفينيل متعدد الكلور طريقة التبريد الرئيسية لأجهزة أشباه الموصلات عالية الطاقة. إن التصميم الجيد لتبديد الحرارة ثنائي الفينيل متعدد الكلور له تأثير كبير ، ويمكن أن يجعل النظام يعمل بشكل جيد ، ولكن يمكن أيضًا أن يدفن الخطر الخفي للحوادث الحرارية. يمكن أن تساعد المعالجة الدقيقة لتخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور وهيكل اللوحة وحامل الجهاز في تحسين أداء تبديد الحرارة لتطبيقات الطاقة المتوسطة والعالية.

يواجه مصنعو أشباه الموصلات صعوبة في التحكم في الأنظمة التي تستخدم أجهزتهم. ومع ذلك ، يعد النظام الذي يحتوي على IC مثبتًا أمرًا بالغ الأهمية لأداء الجهاز بشكل عام. بالنسبة لأجهزة IC المخصصة ، يعمل مصمم النظام عادةً بشكل وثيق مع الشركة المصنعة لضمان أن النظام يلبي العديد من متطلبات تبديد الحرارة للأجهزة عالية الطاقة. يضمن هذا التعاون المبكر أن IC يلبي المعايير الكهربائية ومعايير الأداء ، مع ضمان التشغيل السليم داخل نظام التبريد الخاص بالعميل. تبيع العديد من شركات أشباه الموصلات الكبيرة الأجهزة كمكونات قياسية ، ولا يوجد اتصال بين الشركة المصنعة والتطبيق النهائي. في هذه الحالة ، يمكننا فقط استخدام بعض الإرشادات العامة للمساعدة في تحقيق حل جيد لتبديد الحرارة السلبية لنظام IC والنظام.

نوع حزمة أشباه الموصلات الشائعة هو لوحة عارية أو حزمة PowerPADTM. في هذه الحزم ، يتم تثبيت الرقاقة على لوحة معدنية تسمى لوحة الرقاقة. يدعم هذا النوع من وسادة الرقاقة الشريحة في عملية معالجة الرقاقة ، وهو أيضًا مسار حراري جيد لتبديد حرارة الجهاز. عندما يتم لحام الوسادة العارية المعبأة في PCB ، يتم إخراج الحرارة بسرعة من العبوة إلى PCB. ثم تتبدد الحرارة من خلال طبقات ثنائي الفينيل متعدد الكلور في الهواء المحيط. تنقل عبوات الوسادات العارية حوالي 80٪ من الحرارة إلى ثنائي الفينيل متعدد الكلور من خلال الجزء السفلي من العبوة. تنبعث نسبة 20٪ المتبقية من الحرارة من خلال أسلاك الجهاز والجوانب المختلفة للعبوة. يتسرب أقل من 1٪ من الحرارة عبر الجزء العلوي من العبوة. في حالة هذه العبوات المكشوفة ، يعد التصميم الجيد لتبديد الحرارة ثنائي الفينيل متعدد الكلور ضروريًا لضمان أداء معين للجهاز.

الجانب الأول من تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور الذي يحسن الأداء الحراري هو تخطيط جهاز ثنائي الفينيل متعدد الكلور. كلما أمكن ، يجب فصل المكونات عالية الطاقة الموجودة في ثنائي الفينيل متعدد الكلور عن بعضها البعض. يعمل هذا التباعد المادي بين المكونات عالية الطاقة على زيادة مساحة ثنائي الفينيل متعدد الكلور حول كل مكون عالي الطاقة ، مما يساعد على تحقيق نقل أفضل للحرارة. يجب توخي الحذر لفصل المكونات الحساسة لدرجة الحرارة عن المكونات عالية الطاقة الموجودة على ثنائي الفينيل متعدد الكلور. حيثما أمكن ، يجب وضع المكونات عالية الطاقة بعيدًا عن زوايا ثنائي الفينيل متعدد الكلور. يعمل وضع ثنائي الفينيل متعدد الكلور الوسيط على زيادة مساحة اللوحة حول المكونات عالية الطاقة ، مما يساعد على تبديد الحرارة. يوضح الشكل 2 جهازين متطابقين من أشباه الموصلات: المكونان A و B. يحتوي المكون A ، الموجود في زاوية PCB ، على درجة حرارة تقاطع رقاقة A أعلى بنسبة 5 ٪ من المكون B ، والذي يتم وضعه في مركز أكثر. يكون تبديد الحرارة في ركن المكون أ محدودًا بمساحة اللوحة الأصغر حول المكون المستخدم لتبديد الحرارة.

الجانب الثاني هو هيكل ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، الذي له التأثير الأكثر حسماً على الأداء الحراري لتصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور. كقاعدة عامة ، كلما زاد النحاس في ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، زاد الأداء الحراري لمكونات النظام. الوضع المثالي لتبديد الحرارة لأجهزة أشباه الموصلات هو أن الرقاقة مركبة على كتلة كبيرة من النحاس المبرد بالسائل. هذا ليس عمليًا لمعظم التطبيقات ، لذلك كان علينا إجراء تغييرات أخرى على ثنائي الفينيل متعدد الكلور لتحسين تبديد الحرارة. بالنسبة لمعظم التطبيقات اليوم ، يتقلص الحجم الإجمالي للنظام ، مما يؤثر سلبًا على أداء تبديد الحرارة. تحتوي PCBS الأكبر حجمًا على مساحة سطح أكبر يمكن استخدامها لنقل الحرارة ، ولكنها تتمتع أيضًا بمزيد من المرونة لترك مساحة كافية بين المكونات عالية الطاقة.

كلما أمكن ، قم بزيادة عدد وسمك طبقات النحاس ثنائي الفينيل متعدد الكلور. يكون وزن النحاس الأرضي كبيرًا بشكل عام ، وهو مسار حراري ممتاز لتبديد حرارة ثنائي الفينيل متعدد الكلور بالكامل. يؤدي ترتيب الأسلاك للطبقات أيضًا إلى زيادة الثقل النوعي الإجمالي للنحاس المستخدم في التوصيل الحراري. ومع ذلك ، عادة ما تكون هذه الأسلاك معزولة كهربائيًا ، مما يحد من استخدامها كمشتت حراري محتمل. يجب توصيل تأريض الجهاز كهربائيًا قدر الإمكان بأكبر عدد ممكن من طبقات التأريض للمساعدة في زيادة توصيل الحرارة إلى أقصى حد. تساعد ثقوب تبديد الحرارة في ثنائي الفينيل متعدد الكلور أسفل جهاز أشباه الموصلات على دخول الحرارة إلى الطبقات المضمنة في ثنائي الفينيل متعدد الكلور ونقلها إلى الجزء الخلفي من اللوحة.

تعتبر الطبقتان العلوية والسفلية لثنائي الفينيل متعدد الكلور “مواقع رئيسية” لتحسين أداء التبريد. يمكن أن يوفر استخدام أسلاك أوسع والتوجيه بعيدًا عن الأجهزة عالية الطاقة مسارًا حراريًا لتبديد الحرارة. تعتبر لوحة التوصيل الحراري الخاصة طريقة ممتازة لتبديد حرارة ثنائي الفينيل متعدد الكلور. توجد اللوحة الموصلة الحرارية في الجزء العلوي أو الخلفي من ثنائي الفينيل متعدد الكلور وهي متصلة حراريًا بالجهاز إما من خلال اتصال نحاسي مباشر أو ثقب حراري. في حالة العبوة المضمنة (فقط مع الخيوط على جانبي العبوة) ، يمكن وضع لوحة التوصيل الحراري في الجزء العلوي من ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، على شكل “عظم الكلب” (الوسط ضيق مثل العبوة ، النحاس بعيدًا عن العبوة يحتوي على مساحة كبيرة ، صغيرة في المنتصف وكبيرة في كلا الطرفين). في حالة العبوة من أربعة جوانب (مع أسلاك من جميع الجوانب الأربعة) ، يجب وضع لوحة التوصيل الحراري في الجزء الخلفي من ثنائي الفينيل متعدد الكلور أو داخل ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

تعد زيادة حجم لوحة التوصيل الحراري طريقة ممتازة لتحسين الأداء الحراري لحزم PowerPAD. الحجم المختلف للوحة التوصيل الحراري له تأثير كبير على الأداء الحراري. عادةً ما تسرد ورقة بيانات المنتج المجدولة هذه الأبعاد. لكن قياس تأثير النحاس المضاف على الجهاز المركزي للإحصاء الفلسطيني أمر صعب. باستخدام الآلات الحاسبة عبر الإنترنت ، يمكن للمستخدمين تحديد جهاز وتغيير حجم اللوحة النحاسية لتقدير تأثيرها على الأداء الحراري لثنائي الفينيل متعدد الكلور غير JEDEC. تسلط أدوات الحساب هذه الضوء على مدى تأثير تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور على أداء تبديد الحرارة. بالنسبة للحزم ذات الجوانب الأربعة ، حيث تكون مساحة الوسادة العلوية أقل بقليل من مساحة الوسادة العارية للجهاز ، فإن التضمين أو الطبقة الخلفية هي الطريقة الأولى لتحقيق تبريد أفضل. بالنسبة للحزم المزدوجة المضمنة ، يمكننا استخدام نمط وسادة “عظام الكلب” لتبديد الحرارة.

أخيرًا ، يمكن أيضًا استخدام الأنظمة ذات PCBS الأكبر للتبريد. يمكن أن توفر البراغي المستخدمة لتركيب PCB أيضًا وصولًا حراريًا فعالًا إلى قاعدة النظام عند توصيله باللوحة الحرارية والطبقة الأرضية. بالنظر إلى الموصلية الحرارية والتكلفة ، يجب زيادة عدد المسامير إلى الحد الأقصى لتناقص الغلة. يتميز مقوي PCB المعدني بمساحة تبريد أكبر بعد توصيله باللوحة الحرارية. بالنسبة لبعض التطبيقات التي يكون فيها غلاف ثنائي الفينيل متعدد الكلور به غلاف ، فإن مادة تصحيح اللحام TYPE B تتمتع بأداء حراري أعلى من الغلاف المبرد بالهواء. تُستخدم أيضًا حلول التبريد ، مثل المراوح والزعانف ، بشكل شائع لتبريد النظام ، ولكنها غالبًا ما تتطلب مساحة أكبر أو تتطلب تعديلات في التصميم لتحسين التبريد.

لتصميم نظام بأداء حراري عالي ، لا يكفي اختيار جهاز IC جيد وحل مغلق. تعتمد جدولة أداء تبريد IC على PCB وقدرة نظام التبريد للسماح لأجهزة IC بالتبريد بسرعة. يمكن لطريقة التبريد السلبي المذكورة أعلاه أن تحسن أداء تبديد الحرارة للنظام بشكل كبير.