IC -pakker er afhængige af PCB til varmeafledning. Generelt er PCB hovedkølemetoden til halvlederenheder med høj effekt. Et godt PCB -varmeafledningsdesign har stor indflydelse, det kan få systemet til at køre godt, men kan også begrave den skjulte fare for termiske ulykker. 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. Et system med en IC installeret er imidlertid afgørende for den samlede enhedsydelse. For brugerdefinerede IC-enheder arbejder systemdesigneren typisk tæt sammen med producenten for at sikre, at systemet opfylder de mange varmeafledningskrav for højeffektive enheder. Dette tidlige samarbejde sikrer, at IC’en opfylder elektriske og ydelsesstandarder, samtidig med at den sikrer korrekt drift inden for kundens kølesystem. Mange store halvledervirksomheder sælger enheder som standardkomponenter, og der er ingen kontakt mellem producenten og slutapplikationen. In this case, we can only use some general guidelines to help achieve a good passive heat dissipation solution for IC and system.

Almindelig halvlederpakketype er bare pad eller PowerPADTM -pakke. I disse pakker er chippen monteret på en metalplade kaldet en chip pad. Denne form for chippad understøtter chippen i processen med chipbehandling, og er også en god termisk vej til enheds varmeafledning. Når den emballerede bløde pude er svejset til printkortet, går varmen hurtigt ud af emballagen og ind i printkortet. Varmen spredes derefter gennem PCB -lagene i den omgivende luft. Bare pad -pakker overfører typisk omkring 80% af varmen til printkortet gennem bunden af ​​pakken. De resterende 20% af varmen udsendes gennem enhedstrådene og forskellige sider af emballagen. Mindre end 1% af varmen slipper ud af pakningens top. 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. Der skal udvises omhu for at adskille temperaturfølsomme komponenter fra komponenter med høj effekt på printkortet. 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. Figure 2 shows two identical semiconductor devices: components A and 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.

Det andet aspekt er PCB -strukturen, som har den mest afgørende indflydelse på PCB -designets termiske ydeevne. 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 de fleste applikationer i dag krymper systemets samlede volumen, hvilket påvirker varmeafledningsydelsen negativt. Større PCBS har mere overfladeareal, der kan bruges til varmeoverførsel, men har også mere fleksibilitet til at efterlade nok plads mellem højeffektive komponenter.

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. Arrangementet af ledningen af ​​lagene øger også den samlede specifikke vægt af kobber, der bruges til varmeledning. 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. Forskellig størrelse på varmeledningspladen har stor indflydelse på termisk ydeevne. A tabular product data sheet typically lists these dimensions. Men at kvantificere virkningen af ​​tilsat kobber på brugerdefineret PCBS er vanskelig. Med online regnemaskiner kan brugerne vælge en enhed og ændre størrelsen på kobberpuden for at estimere dens effekt på den termiske ydeevne af et ikke-JEDEC PCB. Disse beregningsværktøjer fremhæver, i hvilket omfang PCB -design påvirker varmeafledningsydelsen. For firesidede pakker, hvor arealet af den øverste pude er lige mindre end enhedens bare pudeområde, er indlejring eller baglag den første metode til at opnå bedre afkøling. 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. Skruerne, der bruges til at montere printkortet, kan også give effektiv termisk adgang til bunden af ​​systemet, når det er forbundet til den termiske plade og jordlaget. 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.

For at designe et system med høj termisk ydeevne er det ikke nok at vælge en god IC -enhed og lukket løsning. 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.