How to use PCB per a la dissipació de calor del paquet IC?

El primer aspecte del disseny de PCB que pot millorar el rendiment tèrmic és la disposició del dispositiu PCB. Sempre que sigui possible, els components d’alta potència del PCB s’han de separar els uns dels altres. Aquesta separació física entre components d’alta potència maximitza l’àrea de PCB al voltant de cada component d’alta potència, ajudant així a aconseguir una millor conducció de calor. S’ha de tenir cura d’aïllar els components sensibles a la temperatura del PCB dels components d’alta potència. Sempre que sigui possible, la ubicació d’instal·lació dels components d’alta potència ha d’estar lluny de les cantonades de la PCB. Una ubicació de PCB més central pot maximitzar l’àrea de la placa al voltant dels components d’alta potència, ajudant així a dissipar la calor. La figura 2 mostra dos dispositius semiconductors idèntics: el component A i el component B. El component A es troba a la cantonada del PCB i té una temperatura d’unió de matriu que és un 5% més alta que el component B perquè el component B es troba més a prop del centre. Com que l’àrea del tauler al voltant del component per a la dissipació de calor és més petita, la dissipació de calor a la cantonada del component A és limitada.

Com utilitzar PCB per a la dissipació de calor del paquet IC?

El segon aspecte és l’estructura del PCB, que té la influència més decisiva en el rendiment tèrmic del disseny del PCB. El principi general és: com més coure sigui el PCB, major serà el rendiment tèrmic dels components del sistema. La situació ideal de dissipació de calor per als dispositius semiconductors és que el xip estigui muntat en una gran peça de coure refrigerat per líquid. Per a la majoria d’aplicacions, aquest mètode de muntatge no és pràctic, de manera que només podem fer alguns altres canvis a la PCB per millorar el rendiment de la dissipació de calor. Per a la majoria de les aplicacions actuals, el volum total del sistema continua reduint-se, la qual cosa té un efecte advers en el rendiment de la dissipació de calor. Com més gran sigui el PCB, més gran és l’àrea que es pot utilitzar per a la conducció de calor i també té una major flexibilitat, permetent suficient espai entre els components d’alta potència.

Sempre que sigui possible, maximitzeu el nombre i el gruix dels plans de terra de coure PCB. El pes del coure de la capa de terra és generalment relativament gran i és un camí tèrmic excel·lent perquè tot el PCB dissipi la calor. La disposició del cablejat per a cada capa també augmentarà la proporció total de coure utilitzat per a la conducció de calor. Tanmateix, aquest cablejat sol estar aïllat elèctricament i tèrmicament, cosa que limita el seu paper com a capa potencial de dissipació de calor. El cablejat del pla de terra del dispositiu ha de ser el més elèctric possible amb molts plans de terra, per ajudar a maximitzar la conducció de calor. Les vies de dissipació de calor a la PCB sota el dispositiu semiconductor ajuden a que la calor entri a les capes enterrades de la PCB i condueixi cap a la part posterior de la placa de circuit.

Per millorar el rendiment de la dissipació de calor, les capes superior i inferior del PCB són “ubicacions daurades”. Utilitzeu cables més amples i encamineu-los lluny dels dispositius d’alta potència per proporcionar un camí tèrmic per a la dissipació de la calor. La placa tèrmica dedicada és un mètode excel·lent per a la dissipació de calor de PCB. La placa tèrmica generalment es troba a la part superior o posterior de la PCB i està connectada tèrmicament al dispositiu mitjançant connexions directes de coure o via tèrmica. En el cas del paquet en línia (paquets amb cables a banda i banda), aquest tipus de placa de conducció de calor es pot situar a la part superior del PCB i tenir forma d'”os de gos” (el mig és tan estret com el paquet i el l’àrea llunyana del paquet és relativament petita, gran, petita al mig i gran als extrems). En el cas d’un paquet de quatre costats (hi ha cables als quatre costats), la placa conductora de calor s’ha d’ubicar a la part posterior del PCB o entrar al PCB.

Com utilitzar PCB per a la dissipació de calor del paquet IC?

Augmentar la mida de la placa tèrmica és una manera excel·lent de millorar el rendiment tèrmic del paquet PowerPAD. Les diferents mides de plaques de conducció de calor tenen una gran influència en el rendiment tèrmic. El full de dades del producte proporcionat en forma de taula generalment enumera aquesta informació de mida. Tanmateix, és difícil quantificar l’impacte del coure afegit dels PCB personalitzats. Mitjançant algunes calculadores en línia, els usuaris poden seleccionar un dispositiu i després canviar la mida del coixinet de coure per estimar el seu impacte en el rendiment de dissipació de calor dels PCB que no siguin JEDEC. Aquestes eines de càlcul destaquen l’impacte del disseny de PCB en el rendiment tèrmic. Per a un paquet de quatre costats, l’àrea del coixinet superior és només més petita que l’àrea del coixinet exposat del dispositiu. En aquest cas, la capa soterrada o posterior és la primera manera d’aconseguir un millor refredament. Per als paquets en línia duals, podem utilitzar un estil de coixinet “os de gos” per dissipar la calor.

Finalment, els sistemes amb PCB més grans també es poden utilitzar per a la refrigeració. En el cas que els cargols estiguin connectats a la placa conductora de calor i al pla de terra per a la dissipació de la calor, alguns cargols utilitzats per muntar el PCB també poden convertir-se en camins de calor efectius a la base del sistema. Tenint en compte l’efecte de conducció de calor i el cost, el nombre de cargols ha de ser el valor màxim que arriba al punt de rendiments decreixents. Després de connectar-se a la placa conductora tèrmica, la placa de reforç de PCB metàl·lica té més àrea de refrigeració. Per a algunes aplicacions on la PCB està coberta amb una carcassa, el tipus de material de reparació de soldadura controlada té un rendiment tèrmic més alt que la carcassa refrigerada per aire. Les solucions de refrigeració, com ara ventiladors i dissipadors de calor, també són mètodes habituals per a la refrigeració del sistema, però solen requerir més espai o modificar el disseny per optimitzar l’efecte de refrigeració.

Per dissenyar un sistema amb major rendiment tèrmic, no n’hi ha prou amb triar un bon dispositiu IC i una solució tancada. El rendiment de dissipació de calor de l’IC depèn de la PCB i de la capacitat del sistema de dissipació de calor per refredar ràpidament els dispositius IC. Mitjançant l’ús del mètode de refrigeració passiu anterior, el rendiment de dissipació de calor del sistema es pot millorar molt.