IC -paketid toetuvad PCB soojuse hajutamiseks. 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. PCB paigutuse, plaadi struktuuri ja seadme kinnituse hoolikas käsitsemine võib aidata parandada soojuse hajumist keskmise ja suure võimsusega rakendustes.

Pooljuhtide tootjatel on raskusi nende seadmeid kasutavate süsteemide juhtimisel. However, a system with an IC installed is critical to overall device performance. Kohandatud IC-seadmete puhul teeb süsteemidisainer tavaliselt tihedat koostööd tootjaga, et süsteem vastaks suure võimsusega seadmete paljudele soojuse hajutamise nõuetele. See varajane koostöö tagab, et IC vastab elektri- ja jõudlusstandarditele, tagades samal ajal kliendi jahutussüsteemi nõuetekohase toimimise. Many large semiconductor companies sell devices as standard components, and there is no contact between the manufacturer and the end application. Sel juhul saame kasutada ainult mõningaid üldisi juhiseid, mis aitavad saavutada paremat passiivse soojuseralduse lahendust IC ja süsteemi jaoks.

Kuidas kujundada PCB -le soojuseraldust

Tavaline pooljuhtpaketi tüüp on tühi padi või PowerPADTM pakett. In these packages, the chip is mounted on a metal plate called a chip pad. Selline kiibipadi toetab kiipi kiibi töötlemise protsessis ja on ka hea soojustee seadme soojuse hajutamiseks. 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. Tühjad padjapakendid kannavad tavaliselt umbes 80% soojusest trükkplaadile läbi pakendi põhja. Ülejäänud 20% soojusest eraldub seadme juhtmete ja pakendi erinevate külgede kaudu. Less than 1% of the heat escapes through the top of the package. Nende palja padjaga pakettide puhul on hea PCB soojuse hajumise disain oluline, et tagada seadme teatud toimivus.

PCB disaini esimene aspekt, mis parandab termilist jõudlust, on PCB -seadme paigutus. Kui vähegi võimalik, tuleks PCB suure võimsusega komponendid üksteisest eraldada. See füüsiline vahemaa suure võimsusega komponentide vahel maksimeerib PCB ala iga suure võimsusega komponendi ümber, mis aitab saavutada paremat soojusülekannet. Care should be taken to separate temperature sensitive components from high power components on the PCB. Võimaluse korral tuleks suure võimsusega komponendid paigutada trükkplaadi nurkadest eemale. Vahepealne trükkplaadi asend maksimeerib plaadi pindala suure võimsusega komponentide ümber, aidates seeläbi soojust hajutada. Näidatud on kaks identset pooljuhtseadet: komponendid A ja B. Komponendi A, mis asub trükkplaadi nurgas, kiibi ristmiku temperatuur on 5% kõrgem kui komponent B, mis on paigutatud tsentraalsemalt. Soojuse hajumist komponendi A nurgas piirab väiksem paneeli pindala soojuse hajutamiseks kasutatava komponendi ümber.

Teine aspekt on PCB struktuur, millel on PCB disaini soojuslikule jõudlusele kõige otsustavam mõju. Üldjuhul, mida rohkem vasega PCBd on, seda suurem on süsteemi komponentide soojuslik jõudlus. Pooljuhtseadmete ideaalne soojuseralduse olukord on see, et kiip on paigaldatud suurele vedelikjahutusega vaseplokile. See pole enamiku rakenduste jaoks otstarbekas, seega pidime soojuseralduse parandamiseks PCB -s tegema muid muudatusi. 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.

Kui vähegi võimalik, maksimeerige PCB vasekihtide arvu ja paksust. Maandatud vase kaal on üldiselt suur, mis on suurepärane termiline tee kogu PCB soojuse hajumise jaoks. The arrangement of the wiring of the layers also increases the total specific gravity of copper used for heat conduction. Kuid see juhtmestik on tavaliselt elektriliselt isoleeritud, piirates selle kasutamist potentsiaalse jahutusradiaatorina. Seadme maandus tuleks võimalikult elektriliselt ühendada võimalikult paljude maanduskihtidega, et aidata soojusjuhtivust maksimeerida. Pooljuhtimisseadme all oleval trükkplaadil asuvad soojuse hajumise augud aitavad soojusel siseneda trükkplaadi sisseehitatud kihtidesse ja kanduda plaadi tagaküljele.

PCB ülemine ja alumine kiht on jahutamise parandamiseks „peamised kohad”. Laiemate juhtmete kasutamine ja suure võimsusega seadmetest eemale suunamine võib anda soojuse hajumiseks termilise tee. Spetsiaalne soojusjuhtivusplaat on suurepärane meetod PCB soojuse hajutamiseks. Soojusjuhtiv plaat asub trükkplaadi üla- või tagaküljel ja on seadmega termiliselt ühendatud kas otsese vaskühenduse või termilise läbiva ava kaudu. Sissepakendite puhul (ainult juhtmetega pakendi mõlemal küljel) võib soojusjuhtivusplaat asuda trükkplaadi ülaosas, kujundatud „koeraluuks” (keskel on sama kitsas kui pakendil, pakendist eemal oleval vasel on suur ala, keskel väike ja mõlemas otsas suur). Neljapoolse pakendi (juhtmed kõigil neljal küljel) puhul peab soojusjuhtivusplaat asuma trükkplaadi tagaküljel või trükkplaadi sees.

Soojusjuhtivusplaadi suuruse suurendamine on suurepärane viis PowerPAD -pakettide soojusliku jõudluse parandamiseks. Different size of heat conduction plate has great influence on thermal performance. Tabelite tooteandmed sisaldavad tavaliselt neid mõõtmeid. Kuid lisatud vase mõju kohandatud PCBS -ile on raske kvantifitseerida. 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. Need arvutusvahendid rõhutavad, mil määral PCB disain mõjutab soojuse hajumist. 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. Kahekordsete reasiseste pakettide puhul saame soojuse hajutamiseks kasutada “koera luust” padja stiili.

Lõpuks saab jahutamiseks kasutada ka suurema PCBS -iga süsteeme. 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. Arvestades soojusjuhtivust ja maksumust, tuleks kruvide arv maksimeerida kuni tootluse vähenemiseni. Metallist PCB -jäigastel on pärast termoplaadiga ühendamist rohkem jahutuspiirkonda. Mõne rakenduse puhul, kus trükkplaadi korpusel on kest, on B -tüüpi jooteplaastri materjalil parem soojusvõimsus kui õhkjahutusega kestal. Süsteemi jahutamiseks kasutatakse tavaliselt ka jahutuslahendusi, nagu ventilaatorid ja uimed, kuid need nõuavad sageli rohkem ruumi või vajavad jahutuse optimeerimiseks disainimuudatusi.

Suure termilise jõudlusega süsteemi projekteerimiseks ei piisa ainult hea IC -seadme ja suletud lahenduse valimisest. IC -jahutuse jõudluse ajastamine sõltub trükkplaadist ja jahutussüsteemi võimsusest, mis võimaldab IC -seadmetel kiiresti jahtuda. Eespool mainitud passiivse jahutamise meetod võib oluliselt parandada süsteemi soojuse hajumist.