Kuidas kasutada PCB IC-paketi soojuse hajutamiseks?

PCB disaini esimene aspekt, mis võib parandada soojuslikku jõudlust, on PCB seadme paigutus. Võimaluse korral tuleks PCB suure võimsusega komponendid üksteisest eraldada. See suure võimsusega komponentide füüsiline eraldamine maksimeerib PCB ala iga suure võimsusega komponendi ümber, aidates seeläbi saavutada paremat soojusjuhtivust. Tuleb olla ettevaatlik, et isoleerida PCB temperatuuritundlikud komponendid suure võimsusega komponentidest. Võimaluse korral peaks suure võimsusega komponentide paigalduskoht olema trükkplaadi nurkadest kaugel. Keskse trükkplaadi asukoht võib maksimeerida plaadi pindala suure võimsusega komponentide ümber, aidates seeläbi soojust hajutada. Joonisel 2 on kujutatud kaks identset pooljuhtseadet: komponent A ja komponent B. Komponent A asub PCB nurgas ja selle stantsiühenduse temperatuur on 5% kõrgem kui komponendi B, kuna komponent B asub keskele lähemal. Kuna soojuse hajutamiseks mõeldud komponendi ümber olev plaadipind on väiksem, on soojuse hajumine komponendi A nurgas piiratud.

Kuidas kasutada PCB-d IC-paketi soojuse hajutamiseks?

Teine aspekt on PCB struktuur, millel on kõige otsustavam mõju trükkplaadi disaini soojustõhususele. Üldpõhimõte on järgmine: mida rohkem vaske on PCB-s, seda kõrgem on süsteemi komponentide soojuslik jõudlus. Pooljuhtseadmete ideaalne soojuse hajumise olukord on see, et kiip on paigaldatud suurele vedelikjahutusega vasetükile. Enamiku rakenduste jaoks on see paigaldusmeetod ebapraktiline, nii et saame teha trükkplaadil ainult mõningaid muid muudatusi, et parandada soojuse hajumist. Enamiku praeguste rakenduste puhul väheneb süsteemi kogumaht jätkuvalt, mis mõjutab negatiivselt soojuse hajumist. Mida suurem on PCB, seda suuremat pinda saab kasutada soojusjuhtimiseks, samuti on sellel suurem paindlikkus, mis võimaldab suure võimsusega komponentide vahel piisavalt ruumi.

Võimaluse korral maksimeerige PCB vasest maandusplaatide arv ja paksus. Maapinnakihi vase kaal on üldiselt suhteliselt suur ja see on suurepärane termiline tee kogu PCB-le soojuse hajutamiseks. Iga kihi juhtmestiku paigutus suurendab ka soojusjuhtimiseks kasutatava vase koguosa. Kuid see juhtmestik on tavaliselt elektriliselt ja termiliselt isoleeritud, mis piirab selle rolli potentsiaalse soojuse hajumise kihina. Seadme maandusplaadi juhtmestik peaks olema võimalikult elektriline paljude maandusplaatidega, et aidata maksimeerida soojusjuhtivust. Pooljuhtseadme all oleva trükkplaadi soojuseraldusavad aitavad soojusel siseneda PCB maetud kihtidesse ja juhtida trükkplaadi tagaküljele.

Soojuse hajumise parandamiseks on PCB ülemine ja alumine kiht “kuldsed kohad”. Kasutage laiemaid juhtmeid ja suunake need suure võimsusega seadmetest eemale, et tagada soojuse hajutamiseks soojustee. Spetsiaalne termoplaat on suurepärane meetod PCB soojuse hajutamiseks. Termoplaat asub tavaliselt PCB üla- või tagaküljel ja on soojuslikult ühendatud seadmega otse vaskühenduste või termiliste läbiviikude kaudu. Sisseehitatud pakendi (mõlemal pool juhtmetega pakendid) puhul võib selline soojusjuhtivusplaat asuda trükkplaadi ülaosas ja olla “koeraluu” kujuline (keskel on kitsas kui pakendil ja pakendist eemal olev ala on suhteliselt väike.Suur, väike keskel ja suur otstes). Neljapoolse pakendi puhul (kõigil neljal küljel on juhtmed) peab soojust juhtiv plaat asuma PCB tagaküljel või sisenema trükkplaadile.

Kuidas kasutada PCB-d IC-paketi soojuse hajutamiseks?

Termoplaadi suuruse suurendamine on suurepärane viis PowerPAD paketi soojusliku jõudluse parandamiseks. Erinevate suurustega soojusjuhtivusplaadid mõjutavad soojuslikkust oluliselt. Tabeli kujul esitatud toote andmelehel on need suuruse andmed üldiselt loetletud. Siiski on raske mõõta kohandatud PCBde lisatud vase mõju. Mõnda võrgukalkulaatorit kasutades saavad kasutajad valida seadme ja seejärel muuta vaskpadja suurust, et hinnata selle mõju mitte-JEDEC-i PCBde soojuse hajumise jõudlusele. Need arvutustööriistad tõstavad esile PCB disaini mõju soojustõhususele. Neljapoolse pakendi puhul on ülemise padja pindala veidi väiksem kui seadme avatud padja pindala. Sel juhul on mattunud või tagumine kiht esimene viis parema jahutuse saavutamiseks. Kahe rea pakendite puhul saame soojuse hajutamiseks kasutada “koeraluu” padjastiili.

Lõpuks saab jahutamiseks kasutada ka suuremate PCB-dega süsteeme. Juhul, kui kruvid on soojuse hajutamiseks ühendatud soojust juhtiva plaadi ja alusplaadiga, võivad mõned trükkplaadi paigaldamiseks kasutatavad kruvid saada ka tõhusateks soojusteedeks süsteemi baasi. Arvestades soojusjuhtivuse efekti ja maksumust, peaks kruvide arv olema maksimaalne väärtus, mis jõuab väheneva tootluseni. Pärast soojusjuhtiva plaadiga ühendamist on metallist PCB tugevdusplaadil rohkem jahutusala. Mõne rakenduse puhul, kus PCB on kaetud kestaga, on tüübikontrolliga keevitusmaterjalil kõrgem soojustõhusus kui õhkjahutusega kestal. Jahutuslahendused, nagu ventilaatorid ja jahutusradiaatorid, on samuti levinud meetodid süsteemi jahutamiseks, kuid tavaliselt vajavad need rohkem ruumi või vajavad jahutusefekti optimeerimiseks konstruktsiooni muutmist.

Suurema soojusliku jõudlusega süsteemi projekteerimiseks ei piisa hea IC-seadme ja suletud lahenduse valikust. IC-i soojuse hajumise jõudlus sõltub PCB-st ja soojuseraldussüsteemi võimest IC-seadmeid kiiresti jahutada. Ülaltoodud passiivse jahutusmeetodi abil saab süsteemi soojuse hajutamist oluliselt parandada.