IC пакетите разчитат PCB за разсейване на топлината. Като цяло, печатната платка е основният метод за охлаждане на полупроводникови устройства с висока мощност. Добрият дизайн на разсейване на топлина на печатни платки има голямо въздействие, може да накара системата да работи добре, но също така може да погребе скритата опасност от термични аварии. 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. Много големи компании за полупроводници продават устройства като стандартни компоненти и няма контакт между производителя и крайното приложение. В този случай можем да използваме само някои общи насоки, за да помогнем за постигането на добро решение за пасивно разсейване на топлина за IC и системата.

Често срещаният тип полупроводникови пакети е гола подложка или пакет PowerPAD ™. В тези пакети чипът е монтиран върху метална плоча, наречена чип подложка. 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. Когато опакованата гола подложка е заварена към печатната платка, топлината бързо се извежда от опаковката и в печатната платка. След това топлината се разсейва през слоевете на ПХБ в околния въздух. 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. Трябва да се внимава да се отделят чувствителните към температурата компоненти от компонентите с висока мощност на печатната платка. 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. Фигура 2 показва две идентични 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. За повечето приложения днес общият обем на системата се свива, което се отразява неблагоприятно на ефективността на разсейване на топлината. По-големите PCBS имат по-голяма площ, която може да се използва за пренос на топлина, но също така имат по-голяма гъвкавост, за да оставят достатъчно пространство между компонентите с висока мощност.

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. Разположението на окабеляването на слоевете също увеличава общото специфично тегло на медта, използвана за топлопроводимост. 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. Различните размери на топлопроводимата плоча оказват голямо влияние върху топлинните характеристики. Табличен лист с данни за продукта обикновено изброява тези размери. Но количественото определяне на въздействието на добавената мед върху персонализирани PCBS е трудно. С онлайн калкулаторите потребителите могат да изберат устройство и да променят размера на медната подложка, за да преценят нейния ефект върху топлинните характеристики на не-JEDEC печатна платка. Тези изчислителни инструменти подчертават степента, до която дизайнът на печатни платки влияе върху ефективността на разсейване на топлината. За четиристранни пакети, където площта на горната подложка е малко по-малка от площта на голата подложка на устройството, вграждането или задната част е първият метод за постигане на по-добро охлаждане. 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. Винтовете, използвани за монтиране на печатната платка, също могат да осигурят ефективен термичен достъп до основата на системата, когато са свързани към термичната плоча и заземения слой. 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.