چگونه به استفاده از PCB برای اتلاف حرارت بسته آی سی؟

اولین جنبه طراحی PCB که می تواند عملکرد حرارتی را بهبود بخشد، چیدمان دستگاه PCB است. در صورت امکان، قطعات پرقدرت روی PCB باید از یکدیگر جدا شوند. این جداسازی فیزیکی بین اجزای پرقدرت، ناحیه PCB را در اطراف هر جزء پرقدرت به حداکثر می‌رساند و در نتیجه به انتقال حرارت بهتر کمک می‌کند. باید دقت کرد که اجزای حساس به دما روی PCB از قطعات پرقدرت جدا شوند. در صورت امکان، محل نصب قطعات پرمصرف باید از گوشه های PCB دور باشد. یک مکان مرکزی تر PCB می تواند منطقه برد را در اطراف اجزای پرقدرت به حداکثر برساند و در نتیجه به دفع گرما کمک کند. شکل 2 دو دستگاه نیمه هادی یکسان را نشان می دهد: جزء A و جزء B. جزء A در گوشه PCB قرار دارد و دارای دمای اتصال قالب است که 5٪ بالاتر از جزء B است زیرا جزء B نزدیک به وسط قرار دارد. از آنجایی که ناحیه تخته در اطراف قطعه برای اتلاف گرما کوچکتر است، اتلاف گرما در گوشه جزء A محدود است.

چگونه از PCB برای اتلاف حرارت بسته آی سی استفاده کنیم؟

جنبه دوم ساختار PCB است که تعیین کننده ترین تأثیر را بر عملکرد حرارتی طراحی PCB دارد. اصل کلی این است: هرچه مس در PCB بیشتر باشد، عملکرد حرارتی اجزای سیستم بالاتر است. وضعیت اتلاف گرما ایده آل برای دستگاه های نیمه هادی این است که تراشه روی یک قطعه بزرگ مس خنک شده با مایع نصب می شود. برای اکثر کاربردها، این روش نصب غیرعملی است، بنابراین ما فقط می‌توانیم برخی تغییرات دیگر را در PCB برای بهبود عملکرد اتلاف گرما ایجاد کنیم. برای اکثر کاربردهای امروزی، حجم کل سیستم همچنان به کوچک شدن ادامه می‌دهد، که تأثیر نامطلوبی بر عملکرد اتلاف گرما دارد. هرچه PCB بزرگتر باشد، منطقه ای که می تواند برای انتقال گرما استفاده شود بزرگتر است و همچنین انعطاف پذیری بیشتری دارد و فضای کافی بین اجزای پرقدرت را فراهم می کند.

در صورت امکان، تعداد و ضخامت صفحات زمین مسی PCB را به حداکثر برسانید. وزن مس لایه زمین به طور کلی نسبتاً بزرگ است و یک مسیر حرارتی عالی برای کل PCB برای دفع گرما است. ترتیب سیم کشی برای هر لایه همچنین باعث افزایش نسبت کل مس مورد استفاده برای انتقال گرما می شود. با این حال، این سیم کشی معمولاً از نظر الکتریکی و حرارتی ایزوله است، که نقش آن را به عنوان یک لایه اتلاف حرارت بالقوه محدود می کند. سیم کشی صفحه زمین دستگاه باید تا حد امکان با بسیاری از صفحات زمین الکتریکی باشد تا به حداکثر رساندن انتقال حرارت کمک کند. اتلاف گرما روی PCB زیر دستگاه نیمه هادی به گرما کمک می کند تا وارد لایه های مدفون PCB شده و به پشت برد مدار هدایت شود.

برای بهبود عملکرد اتلاف گرما، لایه های بالا و پایین PCB “محل طلایی” هستند. از سیم‌های پهن‌تر استفاده کنید و آنها را از دستگاه‌های پرقدرت دور کنید تا یک مسیر حرارتی برای اتلاف گرما ایجاد کنید. برد حرارتی اختصاصی یک روش عالی برای اتلاف حرارت PCB است. برد حرارتی به طور کلی در قسمت بالایی یا پشتی PCB قرار دارد و از طریق اتصالات مسی مستقیم یا راه های حرارتی به دستگاه متصل می شود. در مورد بسته های درون خطی (بسته هایی با سرب در دو طرف)، این نوع برد رسانای گرما را می توان در بالای PCB قرار داد و به شکل “استخوان سگ” شکل گرفت (وسط به اندازه بسته باریک است، و منطقه دور از بسته نسبتا کوچک است. بزرگ، کوچک در وسط و بزرگ در انتها). در مورد بسته های چهار طرفه (در هر چهار طرف سرب وجود دارد)، صفحه رسانای گرما باید در پشت PCB قرار داشته باشد یا وارد PCB شود.

چگونه از PCB برای اتلاف حرارت بسته آی سی استفاده کنیم؟

افزایش اندازه برد حرارتی یک راه عالی برای بهبود عملکرد حرارتی پکیج پاورپد است. اندازه های مختلف صفحه هدایت حرارتی تأثیر زیادی بر عملکرد حرارتی دارند. برگه اطلاعات محصول ارائه شده در قالب یک جدول به طور کلی این اطلاعات اندازه را فهرست می کند. با این حال، تعیین کمیت تأثیر مس اضافه شده PCBهای سفارشی دشوار است. با استفاده از برخی ماشین‌حساب‌های آنلاین، کاربران می‌توانند یک دستگاه را انتخاب کنند و سپس اندازه پد مسی را تغییر دهند تا تأثیر آن بر عملکرد اتلاف حرارت PCB‌های غیر JEDEC را تخمین بزنند. این ابزارهای محاسبه تاثیر طراحی PCB بر عملکرد حرارتی را برجسته می کنند. برای یک بسته چهار طرفه، مساحت پد بالایی فقط کوچکتر از سطح پد در معرض دستگاه است. در این حالت لایه مدفون یا پشتی اولین راه برای رسیدن به خنک کننده بهتر است. برای بسته‌های درون خطی دوگانه، می‌توانیم از سبک پد «استخوان سگ» برای دفع گرما استفاده کنیم.

در نهایت، سیستم هایی با PCB های بزرگتر نیز می توانند برای خنک سازی استفاده شوند. در صورتی که پیچ ها برای اتلاف گرما به صفحه رسانای گرما و صفحه زمین متصل می شوند، برخی از پیچ های مورد استفاده برای نصب PCB نیز می توانند به مسیرهای گرمایی موثر به پایه سیستم تبدیل شوند. با در نظر گرفتن اثر هدایت حرارتی و هزینه، تعداد پیچ ​​ها باید حداکثر مقداری باشد که به نقطه بازدهی کاهش می یابد. پس از اتصال به صفحه رسانای حرارتی، صفحه تقویت کننده PCB فلزی دارای منطقه خنک کننده بیشتری است. برای برخی از کاربردها که PCB با پوسته پوشانده شده است، مواد تعمیر جوش کنترل شده از نوع عملکرد حرارتی بالاتری نسبت به پوسته هوا خنک دارد. راه‌حل‌های خنک‌کننده مانند فن‌ها و هیت سینک‌ها نیز روش‌های رایج برای خنک‌سازی سیستم هستند، اما معمولاً به فضای بیشتری نیاز دارند یا نیاز به اصلاح طرح برای بهینه‌سازی اثر خنک‌کننده دارند.

برای طراحی سیستمی با عملکرد حرارتی بالاتر، انتخاب یک دستگاه آی سی خوب و راه حل بسته کافی نیست. عملکرد اتلاف حرارت آی سی به PCB و توانایی سیستم دفع گرما در خنک کردن سریع دستگاه های آی سی بستگی دارد. با استفاده از روش خنک کننده غیرفعال فوق، می توان عملکرد اتلاف حرارت سیستم را تا حد زیادی بهبود بخشید.