IC packages rely on PCB til varmeafledning. 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. Omhyggelig håndtering af PCB-layout, bordstruktur og enhedsmontering kan hjælpe med at forbedre varmeafledningseffektiviteten til applikationer med mellemstor og høj effekt.

Halvlederproducenter har svært ved at kontrollere systemer, der bruger deres enheder. However, a system with an IC installed is critical to overall device performance. For brugerdefinerede IC-enheder arbejder systemdesigneren typisk tæt sammen med producenten for at sikre, at systemet opfylder de mange varmeafledningskrav for højeffektive enheder. This early collaboration ensures that the IC meets electrical and performance standards, while ensuring proper operation within the customer’s cooling system. Many large semiconductor companies sell devices as standard components, and there is no contact between the manufacturer and the end application. I dette tilfælde kan vi kun bruge nogle generelle retningslinjer til at hjælpe med at opnå en bedre passiv varmeafledningsløsning til IC og system.

Sådan designes varmeafledning til printkort

Almindelig halvlederpakketype er bare pad eller PowerPADTM -pakke. In these packages, the chip is mounted on a metal plate called a chip pad. Denne form for chippad understøtter chippen i processen med chipbehandling, og er også en god termisk vej til enheds varmeafledning. 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. Bare pad -pakker overfører typisk omkring 80% af varmen til printkortet gennem bunden af ​​pakken. The remaining 20% of the heat is emitted through the device wires and various sides of the package. Less than 1% of the heat escapes through the top of the package. I tilfælde af disse bare-pad-pakker er et godt PCB-varmeafledningsdesign afgørende for at sikre visse enheders ydeevne.

Det første aspekt af PCB -design, der forbedrer termisk ydeevne, er PCB -enhedslayout. Når det er muligt, bør komponenterne med høj effekt på printkortet adskilles fra hinanden. Denne fysiske afstand mellem komponenter med høj effekt maksimerer PCB-området omkring hver komponent med høj effekt, hvilket hjælper med at opnå bedre varmeoverførsel. Care should be taken to separate temperature sensitive components from high power components on the PCB. Hvor det er muligt, bør komponenter med høj effekt placeres væk fra hjørnerne af printkortet. En mere mellemliggende PCB-position maksimerer tavleområdet omkring komponenterne med høj effekt og hjælper derved med at sprede varme. To identiske halvlederindretninger er vist: komponenter A og B. Komponent A, der er placeret på hjørnet af printkortet, har A -chipforbindelsestemperatur 5% højere end komponent B, som er placeret mere centralt. Varmeafledning i hjørnet af komponent A er begrænset af det mindre panelområde omkring komponenten, der bruges til varmeafledning.

The second aspect is the structure of PCB, which has the most decisive influence on the thermal performance of PCB design. Som hovedregel, jo mere kobber PCB har, desto højere er systemkomponenternes termiske ydeevne. Den ideelle varmeafledningssituation for halvlederanordninger er, at chippen er monteret på en stor blok væskekølet kobber. Dette er ikke praktisk for de fleste applikationer, så vi var nødt til at foretage andre ændringer af printkortet for at forbedre varmeafledning. 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.

Når det er muligt, maksimeres antallet og tykkelsen af ​​PCB -kobberlag. Vægten af ​​jordforbindelse af kobber er generelt stor, hvilket er en glimrende termisk vej for hele PCB -varmeafledning. The arrangement of the wiring of the layers also increases the total specific gravity of copper used for heat conduction. Denne ledning er imidlertid normalt elektrisk isoleret, hvilket begrænser dens anvendelse som en potentiel køleplade. Enhedens jordforbindelse skal forbindes så elektrisk som muligt til så mange jordingslag som muligt for at hjælpe med at maksimere varmeledning. Varmeafledningshuller i printkortet under halvlederenheden hjælper varme med at trænge ind i de integrerede lag af printkortet og overføres til bagsiden af ​​brættet.

Det øverste og nederste lag af et printkort er “førsteklasses placeringer” for forbedret køleydelse. Brug af bredere ledninger og frakobling fra enheder med høj effekt kan give en termisk vej til varmeafledning. Specielt varmeledningskort er en glimrende metode til PCB -varmeafledning. Den varmeledende plade er placeret på toppen eller bagsiden af ​​printkortet og er termisk forbundet til enheden via enten en direkte kobberforbindelse eller et termisk gennemgangshul. I tilfælde af inline emballage (kun med ledninger på begge sider af emballagen) kan varmeledningspladen placeres på toppen af ​​printet, formet som en “hundeben” (midten er lige så smal som emballagen, kobber væk fra pakken har et stort område, lille i midten og stort i begge ender). Ved pakning med fire sider (med ledninger på alle fire sider) skal varmeledningspladen placeres på bagsiden af ​​printkortet eller inde i printkortet.

Forøgelse af størrelsen på varmeledningspladen er en glimrende måde at forbedre den termiske ydelse af PowerPAD -pakker på. Different size of heat conduction plate has great influence on thermal performance. Et produktdatablad i tabel viser normalt disse dimensioner. Men at kvantificere virkningen af ​​tilsat kobber på brugerdefineret PCBS er vanskelig. 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. Disse beregningsværktøjer fremhæver, i hvilket omfang PCB -design påvirker varmeafledningsydelsen. 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. Til dobbelte in-line pakker kan vi bruge “hundeben” pude-stil til at sprede varme.

Endelig kan systemer med større PCBS også bruges til køling. 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. I betragtning af varmeledningsevne og omkostninger bør antallet af skruer maksimeres til et fald i tilbagegang. Metal PCB -afstivningen har mere køleområde efter at være forbundet til den termiske plade. For nogle applikationer, hvor PCB -huset har en skal, har TYPE B loddemateriale en højere termisk ydeevne end den luftkølede skal. Køleløsninger, såsom ventilatorer og finner, bruges også ofte til systemkøling, men de kræver ofte mere plads eller kræver designændringer for at optimere køling.

To design a system with high thermal performance, it is not enough to choose a good IC device and closed solution. Planlægning af IC -køleydelse afhænger af printkortet og kølesystemets kapacitet, så IC -enheder hurtigt kan køle af. Den ovenfor beskrevne passive afkølingsmetode kan i høj grad forbedre systemets varmeafledningseffekt.