I pacchetti IC si basanu PCB per dissipazione di calore. In generale, PCB hè u metudu di raffreddamentu principale per dispositivi semiconduttori à alta potenza. Un bonu cuncepimentu di dissipazione di calore PCB hà un grande impattu, pò fà funzionà bè u sistema, ma pò ancu intarrà u periculu piattu di incidenti termichi. Una manipolazione attenta di u layout di PCB, di a struttura di u bordu, è di a muntatura di i dispositivi pò aiutà à migliorà e prestazioni di dissipazione di calore per l’applicazioni di media è alta potenza.

I fabbricanti di semiconduttori anu difficoltà à cuntrullà i sistemi chì utilizanu i so dispositivi. Tuttavia, un sistema cù un IC installatu hè criticu per e prestazioni generali di u dispositivu. Per i dispositivi IC persunalizati, u cuncepitore di u sistema tipicamente travaglia strettamente cù u fabbricante per assicurà chì u sistema risponde à i numerosi requisiti di dissipazione di calore di dispositivi à alta potenza. Questa prima cullaburazione assicura chì l’IC rispetta i standard elettrichi è di prestazione, puru assicurendu un funziunamentu currettu in u sistema di raffreddamentu di u cliente. Parechje grandi cumpagnie di semiconduttori vendenu dispositivi cum’è cumpunenti standard, è ùn ci hè nisun cuntattu trà u fabbricante è l’applicazione finale. In this case, we can only use some general guidelines to help achieve a good passive heat dissipation solution for IC and system.

U tippu cumunu di pacchettu à semiconduttore hè nudu pad o pacchettu PowerPADTM. In questi pacchetti, u chip hè muntatu nantu à una piastra metallica chjamata chip chip. Stu tipu di chip pad supporta u chip in u prucessu di trasfurmazioni di chip, è hè ancu un bonu percorsu termicu per a dissipazione di u calore di u dispositivu. Quandu u pad nudu imballatu hè saldatu à u PCB, u calore hè prestu esciutu da u pacchettu è in u PCB. U calore hè poi dissipatu attraversu i strati di PCB in l’aria circundante. I pacchetti bare pad tipicamente trasferenu circa u 80% di u calore in u PCB attraversu u fondu di u pacchettu. U restu 20% di u calore hè emessu attraversu i fili di u dispositivu è i vari lati di u pacchettu. Meno di l’1% di u calore scappa da a cima di u pacchettu. In u casu di questi pacchetti nudi-pad, un bonu cuncepimentu di dissipazione di calore PCB hè essenziale per assicurà certe prestazioni di dispositivi.

U primu aspettu di u cuncepimentu di PCB chì migliora e prestazioni termiche hè a disposizione di i dispositivi PCB. Ogni volta chì hè pussibule, i cumpunenti di grande putenza nantu à u PCB devenu esse separati l’uni da l’altri. Questa spaziatura fisica trà cumpunenti d’alta putenza maximizeghja l’area PCB intornu à ogni cumpunente d’alta putenza, chì aiuta à ottene un megliu trasferimentu di calore. Si deve fà casu à separà i cumpunenti sensibili à a temperatura da i cumpunenti à alta putenza nantu à u PCB. In quantu hè pussibule, cumpunenti di grande putenza devenu esse situati luntanu da l’anguli di u PCB. Una pusizione PCB più intermedia maximizeghja a zona di u bordu intornu à i cumpunenti di grande putenza, aiutendu cusì à dissipà u calore. Figure 2 shows two identical semiconductor devices: components A and B. U Componente A, situatu à l’angulu di u PCB, hà una temperatura di giunzione di chip 5% superiore à a cumpunente B, chì hè pusizionata di manera più centrale. A dissipazione di u calore à l’angulu di u cumpunente A hè limitata da a zona più chjuca di u pannellu intornu à u cumpunente adupratu per a dissipazione di u calore.

U secondu aspettu hè a struttura di PCB, chì hà l’influenza più decisiva nantu à e prestazioni termiche di u cuncepimentu di PCB. Di regula, più u PCB hà di rame, più alta serà a prestazione termica di i cumpunenti di u sistema. A situazione ideale di dissipazione di u calore per i dispositivi semiconduttori hè chì u chip hè muntatu nantu à un grande bloccu di rame raffreddatu da liquidu. Questu ùn hè micca praticu per a maiò parte di l’applicazioni, cusì avemu avutu da fà altri cambiamenti à u PCB per migliurà a dissipazione di calore. Per a maiò parte di l’applicazioni oghje, u vulume tutale di u sistema si riduce, affettendu negativamente e prestazioni di dissipazione di calore. I PCBS più grandi anu più superficie chì pò esse adupratu per u trasferimentu di calore, ma anu ancu più flessibilità per lascià abbastanza spaziu trà cumpunenti di grande putenza.

Sempre chì sia pussibule, maximizà u numeru è u spessore di strati di rame PCB. U pesu di u ramu di terra hè generalmente grande, chì hè un eccellente percorsu termicu per tutta a dissipazione di calore PCB. A dispusizione di u filu di i strati aumenta ancu a gravità specifica totale di u ramu adupratu per a cunduzione di calore. Tuttavia, stu cablaggio hè generalmente isolatu elettricamente, limitendu u so usu cum’è un dissipatore di calore potenziale. A messa à terra di u dispositivu deve esse cablata u più elettricamente possibile à u più numeru di strati di messa à terra pussibule per aiutà à maximizà a cunduzione di calore. I buchi di dissipazione di calore in u PCB sottu à u dispositivu semiconduttore aiutanu u calore à entre in i strati incrustati di u PCB è à trasferisce in u fondu di u bordu.

I capi superiori è inferiori di un PCB sò “lochi di primura” per migliurà e prestazioni di raffreddamentu. L’utilizazione di fili più largu è u routing luntanu da dispositivi à alta potenza ponu furnisce un percorsu termicu per a dissipazione di u calore. U cartulare speciale di cunduzione di calore hè un ottimu metudu per a dissipazione di calore PCB. A piastra cunduttiva termica hè situata in cima o in daretu di u PCB è hè cunnessa termicamente à u dispositivu sia cù una cunnessione diretta in rame sia cù un foru passante termicu. In u casu di l’imballu in linea (solu cù cavi da i dui lati di u pacchettu), a piastra di conduzione di calore pò esse situata in cima di u PCB, in forma di “osso di cane” (u mezu hè strettu cum’è u pacchettu, u u ramu luntanu da u pacchettu hà una grande area, chjuca à mezu è larga à e duie estremità). In u casu di u pacchettu à quattru lati (cù cavi da tutti i quattru lati), a piastra di cunduzione di calore deve esse situata à u fondu di u PCB o in u PCB.

Aumentà a dimensione di a piastra di cunduzione di calore hè un ottimu modu per migliorà e prestazioni termiche di i pacchetti PowerPAD. Diverse dimensioni di a piastra di cunduzione di calore anu una grande influenza nantu à e prestazioni termiche. A tabular product data sheet typically lists these dimensions. Ma quantificà l’impattu di u rame aghjuntu nantu à u PCBS persunalizatu hè difficiule. Cù calcolatrici in ligna, l’utilizatori ponu selezziunà un dispositivu è cambià a dimensione di u pad di rame per stimà u so effettu nantu à e prestazioni termiche di un PCB non JEDEC. Questi strumenti di calculu ponu in evidenza a misura in cui u cuncepimentu di PCB influenza e prestazioni di dissipazione di calore. Per i pacchetti à quattru lati, induve l’area di u pad superiore hè appena menu di a zona di pad nuda di u dispositivu, l’incastu o u stratu posteriore hè u primu metudu per ottene un megliu raffreddamentu. Per i pacchetti duali in linea, pudemu aduprà u stilu di pad “bone dog” per dissipà u calore.

Infine, i sistemi cù PCBS più grande ponu ancu esse aduprati per u raffreddamentu. E viti aduprate per muntà u PCB ponu ancu furnisce un accessu termicu efficace à a basa di u sistema quandu sò cunnessi à a piastra termica è u stratu di terra. Cunsidirendu a conducibilità termale è u costu, u numeru di viti deve esse massimizatu finu à u puntu di ritorni diminuenti. U rinforzante PCB metallicu hà più zona di raffreddamentu dopu esse cunnessu à a piastra termica. Per alcune applicazioni induve l’alloghju PCB hà una cunchiglia, u materiale di patch di saldatura TIPU B hà un rendimentu termicu più altu ch’è u cunchju raffreddatu à aria. E soluzioni di raffreddamentu, cume ventilatori è alette, sò ancu cumunemente aduprate per u raffreddamentu di u sistema, ma spessu richiedenu più spaziu o richiedenu modifiche di cuncepimentu per ottimisà u raffreddamentu.

Per cuncepisce un sistema cù prestazioni termiche elevate, ùn basta micca à sceglie un bon dispositivu IC è una soluzione chjusa. A pianificazione di e prestazioni di raffreddamentu IC dipende da u PCB è da a capacità di u sistema di raffreddamentu per permette à i dispositivi IC di raffreddà rapidamente. U metudu di raffreddamentu passivu sopra menzionatu pò migliorà notevolmente e prestazioni di dissipazione di calore di u sistema.