IC пакетите разчитат PCB за разсейване на топлината. In general, PCB is the main cooling method for high power semiconductor devices. A good PCB heat dissipation design has a great impact, it can make the system run well, but also can bury the hidden danger of thermal accidents. Внимателното боравене с оформлението на печатни платки, структурата на платката и монтажа на устройството може да помогне за подобряване на разсейването на топлината за приложения със средна и висока мощност.

Производителите на полупроводници имат затруднения при контролирането на системите, които използват техните устройства. Въпреки това, система с инсталирана интегрална схема е от решаващо значение за цялостната производителност на устройството. За персонализирани IC устройства, системният дизайнер обикновено работи в тясно сътрудничество с производителя, за да гарантира, че системата отговаря на многото изисквания за разсейване на топлината на устройства с висока мощност. Това ранно сътрудничество гарантира, че ИС отговаря на електрическите стандарти и стандартите за изпълнение, като същевременно гарантира правилна работа в охладителната система на клиента. Many large semiconductor companies sell devices as standard components, and there is no contact between the manufacturer and the end application. В този случай можем да използваме само някои общи насоки, за да помогнем за постигането на по -добро решение за пасивно разсейване на топлина за IC и системата.

Как да проектирате разсейване на топлина за печатни платки

Често срещаният тип полупроводникови пакети е гола подложка или пакет PowerPAD ™. In these packages, the chip is mounted on a metal plate called a chip pad. Този вид подложка за чипове поддържа чипа в процеса на обработка на чипове, а също така е добър термичен път за разсейване на топлината на устройството. When the packaged bare pad is welded to the PCB, heat is quickly exited from the package and into the PCB. The heat is then dissipated through the PCB layers into the surrounding air. Оголените подложки обикновено пренасят около 80% от топлината в печатната платка през дъното на опаковката. Останалите 20% от топлината се отделят чрез проводниците на устройството и различните страни на опаковката. По -малко от 1% от топлината изтича през горната част на опаковката. В случая на тези пакети с голи подложки, добрият дизайн на разсейване на топлина от печатни платки е от съществено значение за осигуряване на определена производителност на устройството.

Първият аспект на дизайна на печатни платки, който подобрява топлинните характеристики, е оформлението на печатни платки. Когато е възможно, компонентите с висока мощност на печатната платка трябва да бъдат отделени един от друг. Това физическо разстояние между компонентите с висока мощност увеличава максимално площта на печатната платка около всеки компонент с висока мощност, което спомага за постигане на по-добър топлопренос. Care should be taken to separate temperature sensitive components from high power components on the PCB. Когато е възможно, компонентите с висока мощност трябва да бъдат разположени далеч от ъглите на печатната платка. По-междинното положение на печатни платки увеличава максимално площта на платката около компонентите с висока мощност, като по този начин спомага за разсейването на топлината. Показани са два еднакви полупроводникови устройства: компоненти А и В. Компонент А, разположен в ъгъла на печатната платка, има температура на свързване на чип А с 5% по -висока от компонента В, който е разположен по -централно. Разсейването на топлината в ъгъла на компонент А е ограничено от по -малката площ на панела около компонента, използван за разсейване на топлината.

Вторият аспект е структурата на печатни платки, която има най -решаващо влияние върху топлинните характеристики на дизайна на печатни платки. Като общо правило, колкото повече мед има печатната платка, толкова по -високи са топлинните характеристики на компонентите на системата. Идеалната ситуация на разсейване на топлината за полупроводникови устройства е, че чипът е монтиран върху голям блок от течно охладена мед. Това не е практично за повечето приложения, затова трябваше да направим други промени в печатната платка, за да подобрим разсейването на топлината. For most applications today, the total volume of the system is shrinking, adversely affecting heat dissipation performance. Larger PCBS have more surface area that can be used for heat transfer, but also have more flexibility to leave enough space between high-power components.

Когато е възможно, увеличете максимално броя и дебелината на медни слоеве от ПХБ. Теглото на заземяващата мед обикновено е голямо, което е отличен термичен път за цялото разсейване на топлината на печатни платки. The arrangement of the wiring of the layers also increases the total specific gravity of copper used for heat conduction. Това окабеляване обаче обикновено е електрически изолирано, което ограничава използването му като потенциален радиатор. Заземяването на устройството трябва да бъде свързано възможно най -електрически към възможно най -много заземителни слоеве, за да се помогне за увеличаване на топлопроводимостта. Отворите за разсейване на топлина в печатната платка под полупроводниковото устройство помагат на топлината да навлезе във вградените слоеве на печатната платка и да се пренесе към задната част на платката.

Горният и долният слой на печатни платки са „основни места“ за подобрена производителност на охлаждане. Използването на по-широки проводници и маршрутизацията далеч от устройства с висока мощност може да осигури топлинен път за разсейване на топлината. Специалната топлопроводима платка е отличен метод за разсейване на топлината на печатни платки. Топлопроводимата плоча се намира в горната или задната част на печатната платка и е термично свързана към устройството чрез директна медна връзка или термичен отвор. В случай на вградена опаковка (само с проводници от двете страни на опаковката), топлопроводимата плоча може да бъде разположена в горната част на печатната платка, оформена като „кучешка кост“ (средата е толкова тясна, колкото опаковката, мед далеч от опаковката има голяма площ, малка в средата и голяма в двата края). В случай на четиристранна опаковка (с проводници от четирите страни), топлопроводимата плоча трябва да се намира на гърба на печатната платка или вътре в печатната платка.

Увеличаването на размера на топлопроводимата плоча е отличен начин за подобряване на топлинните характеристики на пакетите PowerPAD. Different size of heat conduction plate has great influence on thermal performance. Табличен информационен лист за продукта обикновено изброява тези размери. Но количественото определяне на въздействието на добавената мед върху персонализирани PCBS е трудно. With online calculators, users can select a device and change the size of the copper pad to estimate its effect on the thermal performance of a non-JEDEC PCB. Тези изчислителни инструменти подчертават степента, до която дизайнът на печатни платки влияе върху ефективността на разсейване на топлината. For four-side packages, where the area of the top pad is just less than the bare pad area of the device, embedding or back layer is the first method to achieve better cooling. За двойни редови пакети можем да използваме стила на подложката „кучешка кост“, за да разсейваме топлината.

И накрая, системи с по -големи PCBS могат да се използват и за охлаждане. The screws used to mount the PCB can also provide effective thermal access to the base of the system when connected to the thermal plate and ground layer. Имайки предвид топлопроводимостта и цената, броят на винтовете трябва да бъде увеличен до точката на намаляване на възвръщаемостта. Металният усилвател на печатни платки има повече охладителна площ, след като е свързан към термичната плоча. За някои приложения, където корпусът на печатната платка има обвивка, материалът за припой от ТИП В има по -високи термични характеристики от корпуса с въздушно охлаждане. Охлаждащите решения, като вентилатори и перки, също често се използват за охлаждане на системата, но често изискват повече място или изискват модификации на дизайна за оптимизиране на охлаждането.

За да се проектира система с висока топлинна производителност, не е достатъчно да се избере добро IC устройство и затворено решение. Графикът на производителността на охлаждане на IC зависи от ПХБ и капацитета на охладителната система, за да позволи на IC устройствата да се охлаждат бързо. Споменатият по -горе метод на пасивно охлаждане може значително да подобри ефективността на разсейване на топлината на системата.