Kako koristiti PCB za IC paket rasipanje topline?

Prvi aspekt dizajna PCB-a koji može poboljšati termalne performanse je raspored PCB uređaja. Kad god je to moguće, komponente velike snage na PCB-u treba da budu odvojene jedna od druge. Ovo fizičko razdvajanje između komponenti velike snage maksimizira površinu PCB-a oko svake komponente velike snage, pomažući na taj način da se postigne bolja provodljivost topline. Treba voditi računa o izolaciji komponenti osjetljivih na temperaturu na PCB-u od komponenti velike snage. Kad god je to moguće, mjesto instalacije komponenti velike snage treba biti daleko od uglova PCB-a. Centralnija PCB lokacija može maksimizirati površinu ploče oko komponenti velike snage, čime se pomaže u rasipanju topline. Slika 2 prikazuje dva identična poluvodička uređaja: komponentu A i komponentu B. Komponenta A se nalazi na uglu PCB-a i ima temperaturu spoja matrice koja je 5% viša od komponente B jer se komponenta B nalazi bliže sredini. Pošto je površina ploče oko komponente za odvođenje toplote manja, disipacija toplote na uglu komponente A je ograničena.

Kako koristiti PCB za odvođenje topline IC paketa?

Drugi aspekt je struktura PCB-a, koja ima odlučujući uticaj na termičke performanse dizajna PCB-a. Opšti princip je: što je više bakra u PCB-u, to su veće termalne performanse komponenti sistema. Idealna situacija za rasipanje topline za poluvodičke uređaje je da je čip montiran na veliki komad bakra hlađenog tekućinom. Za većinu aplikacija, ovaj način montaže je nepraktičan, tako da možemo napraviti samo neke druge promjene na PCB-u kako bismo poboljšali performanse odvođenja topline. Za većinu aplikacija danas, ukupna zapremina sistema nastavlja da se smanjuje, što ima negativan uticaj na performanse odvođenja toplote. Što je veća štampana ploča, veća je površina koja se može koristiti za provođenje toplote, a takođe ima i veću fleksibilnost, omogućavajući dovoljno prostora između komponenti velike snage.

Kad god je moguće, maksimizirajte broj i debljinu PCB bakrenih uzemljenja. Težina bakra uzemljenog sloja je generalno relativno velika, i to je odličan termički put za cijeli PCB za odvođenje topline. Raspored ožičenja za svaki sloj će također povećati ukupan udio bakra koji se koristi za provođenje topline. Međutim, ovo ožičenje je obično električno i termički izolirano, što ograničava njegovu ulogu kao potencijalnog sloja za disipaciju topline. Ožičenje uzemljenja uređaja treba da bude što je više moguće električno sa više uzemljenih površina, kako bi se maksimalno povećala provodljivost toplote. Prelazni otvor za rasipanje topline na PCB-u ispod poluvodičkog uređaja pomaže toplini da uđe u zakopane slojeve PCB-a i odvede se do stražnje strane ploče.

Kako bi se poboljšale performanse odvođenja topline, gornji i donji slojevi PCB-a su „zlatne lokacije“. Koristite šire žice i usmjerite ih dalje od uređaja velike snage kako biste osigurali termalni put za odvođenje topline. Namenska termalna ploča je odlična metoda za odvođenje toplote PCB-a. Termalna ploča se uglavnom nalazi na gornjoj ili stražnjoj strani PCB-a i termički je povezana s uređajem preko direktnih bakrenih priključaka ili termičkih spojeva. U slučaju inline pakovanja (pakovanja sa vodovima na obe strane), ova vrsta ploče za provodljivost toplote može se nalaziti na vrhu PCB-a i imati oblik „pseće kosti“ (sredina je uska kao i pakovanje, a površina udaljena od pakovanja je relativno mala, velika, mala u sredini i velika na krajevima). U slučaju četverostranog paketa (vode su na sve četiri strane), ploča koja provodi toplinu mora biti smještena na stražnjoj strani PCB-a ili ući u PCB.

Kako koristiti PCB za odvođenje topline IC paketa?

Povećanje veličine termalne ploče je odličan način za poboljšanje termičkih performansi PowerPAD paketa. Različite veličine ploča za provodljivost topline imaju veliki utjecaj na toplinske performanse. Tehnički list proizvoda u obliku tabele općenito navodi ove informacije o veličini. Međutim, teško je kvantificirati utjecaj dodanog bakra prilagođenih PCB-a. Koristeći neke online kalkulatore, korisnici mogu odabrati uređaj, a zatim promijeniti veličinu bakrenog jastučića kako bi procijenili njegov utjecaj na performanse odvođenja topline PCB-a koji nisu JEDEC. Ovi alati za proračun naglašavaju uticaj dizajna PCB-a na termičke performanse. Za četverostrano pakiranje, površina gornje podloge je samo manja od površine izložene jastučića uređaja. U ovom slučaju, ukopani ili zadnji sloj je prvi način da se postigne bolje hlađenje. Za dva in-line paketa, možemo koristiti jastučić sa “psećom kostom” za odvođenje topline.

Konačno, sistemi sa većim PCB-ima se takođe mogu koristiti za hlađenje. U slučaju da su zavrtnji spojeni na ploču koja provode toplotu i uzemljenje radi odvođenja toplote, neki zavrtnji koji se koriste za montažu PCB-a takođe mogu postati efektivni putevi toplote do baze sistema. Uzimajući u obzir efekat toplotne provodljivosti i cenu, broj šrafova treba da bude maksimalna vrednost koja dostiže tačku smanjenja povrata. Nakon spajanja na toplotno provodljivu ploču, metalna ploča za ojačanje PCB-a ima više površine za hlađenje. Za neke primjene u kojima je PCB prekriven omotačem, materijal za popravku kontroliranog tipa zavarivanja ima veće termičke performanse od ljuske hlađene zrakom. Rešenja za hlađenje, kao što su ventilatori i hladnjaci, takođe su uobičajene metode za hlađenje sistema, ali obično zahtevaju više prostora ili je potrebno modifikovati dizajn kako bi se optimizovao efekat hlađenja.

Za projektovanje sistema sa većim termičkim performansama, nije dovoljno odabrati dobar IC uređaj i zatvoreno rešenje. Performanse odvođenja toplote IC-a zavise od PCB-a i sposobnosti sistema za rasipanje toplote da brzo ohladi IC uređaje. Koristeći gornju metodu pasivnog hlađenja, učinak odvođenja toplote sistema može se znatno poboljšati.