Kuinka käyttää PCB IC-paketin lämmönpoistoon?

Ensimmäinen piirilevysuunnittelun näkökohta, joka voi parantaa lämpötehoa, on piirilevylaitteen asettelu. Aina kun mahdollista, piirilevyn suuritehoiset komponentit tulee erottaa toisistaan. Tämä suuritehoisten komponenttien välinen fyysinen erotus maksimoi piirilevyalueen jokaisen suuritehoisen komponentin ympärillä, mikä auttaa saavuttamaan paremman lämmönjohtavuuden. On huolehdittava siitä, että piirilevyn lämpötilaherkät komponentit eristetään suuritehoisista komponenteista. Aina kun mahdollista, suuritehoisten komponenttien asennuspaikan tulee olla kaukana piirilevyn kulmista. Keskeisempi piirilevyn sijainti voi maksimoida piirilevyn alueen suuritehoisten komponenttien ympärillä ja auttaa näin hajaamaan lämpöä. Kuvassa 2 on kaksi identtistä puolijohdelaitetta: komponentti A ja komponentti B. Komponentti A sijaitsee piirilevyn kulmassa ja sen suuttimen liitoslämpötila on 5 % korkeampi kuin komponentin B, koska komponentti B sijaitsee lähempänä keskustaa. Koska levypinta-ala lämmönpoistokomponentin ympärillä on pienempi, lämmönpoisto komponentin A kulmassa on rajoitettua.

Kuinka käyttää piirilevyä IC-paketin lämmönpoistoon?

Toinen näkökohta on piirilevyn rakenne, jolla on ratkaisevin vaikutus piirilevyn suunnittelun lämpösuorituskykyyn. Yleisperiaate on: mitä enemmän kuparia piirilevyssä on, sitä korkeampi on järjestelmän komponenttien lämpöteho. Ihanteellinen lämmönpoistotilanne puolijohdelaitteisiin on, että siru asennetaan suurelle nestejäähdytteisen kuparipalalle. Useimmissa sovelluksissa tämä asennustapa on epäkäytännöllinen, joten voimme tehdä vain joitain muita muutoksia piirilevyyn lämmönpoistokyvyn parantamiseksi. Useimmissa tämän päivän sovelluksissa järjestelmän kokonaistilavuus pienenee edelleen, millä on haitallinen vaikutus lämmönpoistokykyyn. Mitä suurempi piirilevy, sitä suurempi pinta-ala voidaan käyttää lämmönjohtamiseen, ja siinä on myös enemmän joustavuutta, jolloin suuritehoisten komponenttien väliin jää riittävästi tilaa.

Aina kun mahdollista, maksimoi piirilevyn kuparimaatasojen lukumäärä ja paksuus. Pohjakerroksen kuparin paino on yleensä suhteellisen suuri, ja se on erinomainen lämpöpolku koko piirilevylle lämmön haihduttamiseen. Kunkin kerroksen johdotuksen järjestely lisää myös lämmönjohtamiseen käytettävän kuparin kokonaisosuutta. Tämä johdotus on kuitenkin yleensä sähköisesti ja termisesti eristetty, mikä rajoittaa sen roolia mahdollisena lämmönpoistokerroksena. Laitteen maatason johdotuksen tulee olla mahdollisimman sähköinen useilla maatasoilla, jotta lämmön johtuminen voidaan maksimoida. Puolijohdelaitteen alla olevan piirilevyn lämmönpoistoreiät auttavat lämpöä pääsemään piirilevyn haudattuihin kerroksiin ja ohjaamaan piirilevyn takaosaan.

Lämmönpoiston tehokkuuden parantamiseksi piirilevyn ylä- ja alakerros ovat “kultaisia ​​paikkoja”. Käytä leveämpiä johtoja ja reititä ne pois suuritehoisista laitteista tuottaaksesi lämpöpolun lämmön haihduttamiseksi. Erillinen lämpölevy on erinomainen menetelmä piirilevyn lämmönpoistoon. Lämpölevy sijaitsee yleensä piirilevyn päällä tai takana ja on termisesti yhdistetty laitteeseen suorien kupariliitäntöjen tai lämpöläpivientien kautta. Inline-pakkauksessa (pakkaukset, joissa on johdot molemmilla puolilla) tällainen lämmönjohtamislevy voi sijaita piirilevyn päällä ja olla “koiranluun” muotoinen (keskiosa on yhtä kapea kuin pakkaus, ja Pakkauksen ulkopuolella oleva alue on suhteellisen pieni. Suuri, pieni keskellä ja suuri päissä). Nelipuolisessa pakkauksessa (johtimia on kaikilla neljällä sivulla) lämpöä johtavan levyn tulee sijaita piirilevyn takana tai mennä piirilevyyn.

Kuinka käyttää piirilevyä IC-paketin lämmönpoistoon?

Lämpölevyn koon kasvattaminen on erinomainen tapa parantaa PowerPAD-paketin lämpötehoa. Erilaiset lämmönjohtavuuslevykoot vaikuttavat suuresti lämpösuorituskykyyn. Nämä kokotiedot luetellaan yleensä taulukon muodossa toimitetussa tuotetietolomakkeessa. On kuitenkin vaikea arvioida räätälöityjen PCB-levyjen lisätyn kuparin vaikutusta. Joidenkin online-laskimien avulla käyttäjät voivat valita laitteen ja muuttaa sitten kuparityynyn kokoa arvioidakseen sen vaikutusta muiden kuin JEDEC-piirilevyjen lämmönpoistokykyyn. Nämä laskentatyökalut korostavat piirilevyjen suunnittelun vaikutusta lämpösuorituskykyyn. Nelisivuisessa pakkauksessa ylätyynyn pinta-ala on vain pienempi kuin laitteen paljastetun tyynyn pinta-ala. Tässä tapauksessa haudattu tai takakerros on ensimmäinen tapa saavuttaa parempi jäähdytys. Kahden rivin pakkauksissa voimme käyttää “koiranluu” -tyynyä lämmön haihduttamiseksi.

Lopuksi järjestelmiä, joissa on suurempia piirilevyjä, voidaan käyttää myös jäähdytykseen. Siinä tapauksessa, että ruuvit on liitetty lämpöä johtavaan levyyn ja maatasoon lämmönpoistoa varten, joistakin PCB:n asennukseen käytetyistä ruuveista voi tulla myös tehokkaita lämpöreittejä järjestelmän pohjaan. Lämmönjohtavuus ja kustannukset huomioon ottaen ruuvien lukumäärän tulisi olla maksimiarvo, joka saavuttaa pienenevän tuoton pisteen. Kun se on liitetty lämpöä johtavaan levyyn, metallisen PCB-vahvistuslevyn jäähdytysalue on enemmän. Joissakin sovelluksissa, joissa piirilevy on peitetty kuorella, tyyppiohjatulla hitsauskorjausmateriaalilla on korkeampi lämpöteho kuin ilmajäähdytteisellä vaipalla. Jäähdytysratkaisut, kuten tuulettimet ja jäähdytyslevyt, ovat myös yleisiä menetelmiä järjestelmän jäähdytykseen, mutta ne vaativat yleensä enemmän tilaa tai niiden rakennetta on muutettava jäähdytysvaikutuksen optimoimiseksi.

Korkeamman lämpösuorituskyvyn järjestelmän suunnitteluun ei riitä, että valitaan hyvä IC-laite ja suljettu ratkaisu. IC:n lämmönpoistokyky riippuu piirilevystä ja lämmönpoistojärjestelmän kyvystä jäähdyttää IC-laitteita nopeasti. Käyttämällä yllä olevaa passiivista jäähdytysmenetelmää järjestelmän lämmönpoistokykyä voidaan parantaa huomattavasti.