IC -paketit luottavat PCB lämmöntuotantoon. 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. Piirilevyasettelun, levyrakenteen ja laiteasennuksen huolellinen käsittely voi auttaa parantamaan lämmönpoistokykyä keskisuurissa ja suuritehoisissa sovelluksissa.

Puolijohdevalmistajilla on vaikeuksia hallita laitteitaan käyttäviä järjestelmiä. However, a system with an IC installed is critical to overall device performance. Mukautettujen IC-laitteiden osalta järjestelmän suunnittelija tekee yleensä tiivistä yhteistyötä valmistajan kanssa varmistaakseen, että järjestelmä täyttää suuritehoisten laitteiden monet lämmönpoistovaatimukset. Tämä varhainen yhteistyö varmistaa, että IC täyttää sähkö- ja suorituskykystandardit ja varmistaa samalla asianmukaisen toiminnan asiakkaan jäähdytysjärjestelmässä. Many large semiconductor companies sell devices as standard components, and there is no contact between the manufacturer and the end application. Tässä tapauksessa voimme käyttää vain joitain yleisiä ohjeita auttaaksemme saavuttamaan paremman passiivisen lämmönpoistoratkaisun IC: lle ja järjestelmälle.

Kuinka suunnitella lämmöntuotto PCB: lle

Yleinen puolijohdepakettityyppi on paljas pad tai PowerPADTM -paketti. In these packages, the chip is mounted on a metal plate called a chip pad. Tällainen sirutyyny tukee sirua sirunkäsittelyprosessissa ja on myös hyvä lämpöpolku laitteen lämmönpoistoon. 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. Paljaat tyynypaketit siirtävät tyypillisesti noin 80% lämmöstä piirilevyyn pakkauksen pohjan kautta. Loput 20% lämmöstä vapautuu laitteen johtojen ja pakkauksen eri puolien kautta. Alle 1% lämmöstä poistuu pakkauksen yläosan läpi. Näiden paljaiden pad-pakettien tapauksessa hyvä piirilevyn lämmönpoistosuunnittelu on välttämätöntä laitteen tietyn suorituskyvyn varmistamiseksi.

Ensimmäinen piirilevyn suunnittelun osa, joka parantaa lämpötehoa, on piirilevylaitteiden asettelu. Aina kun mahdollista, piirilevyn suuritehoiset komponentit on erotettava toisistaan. Tämä fyysinen etäisyys suuritehoisten komponenttien välillä maksimoi PCB-alueen jokaisen suuritehoisen komponentin ympärillä, mikä auttaa saavuttamaan paremman lämmönsiirron. Care should be taken to separate temperature sensitive components from high power components on the PCB. Aina kun mahdollista, suuritehoiset komponentit tulisi sijoittaa poispäin piirilevyn kulmista. Välivaiheinen piirilevyasento maksimoi levyalueen suuritehoisten komponenttien ympärillä ja auttaa siten poistamaan lämpöä. Kuvassa on kaksi identtistä puolijohdelaitetta: komponentit A ja B. Komponentin A, joka sijaitsee piirilevyn kulmassa, A -sirun liitoslämpötila on 5% korkeampi kuin komponentin B, joka on sijoitettu keskelle. Lämmönpoistoa komponentin A kulmassa rajoittaa pienempi paneeli -alue lämmönpoistoon käytettävän komponentin ympärillä.

Toinen näkökohta on PCB: n rakenne, jolla on ratkaisevin vaikutus PCB -suunnittelun lämpötehoon. Yleensä mitä enemmän kuparia piirilevyssä on, sitä parempi järjestelmän komponenttien lämmönkestävyys. Ihanteellinen lämmönpoistotilanne puolijohdelaitteille on, että siru on asennettu suurelle nestejäähdytteiselle kuparille. Tämä ei ole käytännöllistä useimmissa sovelluksissa, joten jouduimme tekemään muita muutoksia piirilevyyn lämmönpoiston parantamiseksi. 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.

Aina kun mahdollista, maksimoi PCB -kuparikerrosten määrä ja paksuus. Maadoitetun kuparin paino on yleensä suuri, mikä on erinomainen lämpöreitti koko PCB -lämmönpoistolle. The arrangement of the wiring of the layers also increases the total specific gravity of copper used for heat conduction. Tämä johdotus on kuitenkin yleensä sähköeristetty, mikä rajoittaa sen käyttöä mahdollisena jäähdytyselementtinä. Laitteen maadoitus on kytkettävä mahdollisimman sähköisesti mahdollisimman moneen maadoituskerrokseen lämmönjohtavuuden maksimoimiseksi. Lämmönpoistoaukot piirilevyssä puolijohdelaitteen alla auttavat lämpöä pääsemään piirilevyn upotettuihin kerroksiin ja siirtymään levyn takaosaan.

Piirilevyn ylä- ja alakerrokset ovat “ensisijaisia ​​paikkoja” jäähdytystehon parantamiseksi. Leveämpien johtojen käyttäminen ja reititys kaukana suuritehoisista laitteista voi tarjota lämpöpolun lämmön haihtumiseen. Erityinen lämmönjohtokortti on erinomainen menetelmä PCB -lämmönpoistoon. Lämmönjohtava levy sijaitsee piirilevyn ylä- tai takaosassa ja on liitetty laitteeseen termisesti joko suoran kupariliitännän tai lämpöreiän kautta. Sisäpakkausten tapauksessa (vain johdot pakkauksen molemmilla puolilla) lämmönjohtopinta voidaan sijoittaa piirilevyn päälle ja muodostaa “koiran luun” (keskellä on yhtä kapea kuin pakkaus, kuparilla pakkauksesta on suuri pinta -ala, pieni keskellä ja suuri molemmissa päissä). Jos kyseessä on nelisivuinen pakkaus (johdot kaikilla neljällä sivulla), lämmönjohtopellin on oltava piirilevyn takana tai piirilevyn sisällä.

Lämmönjohtamislevyn koon kasvattaminen on erinomainen tapa parantaa PowerPAD -pakettien lämpötehoa. Different size of heat conduction plate has great influence on thermal performance. Taulukollisessa tuotetietolomakkeessa luetellaan yleensä nämä mitat. Mutta lisätyn kuparin vaikutuksen määrittäminen mukautetuille PCBS -yhdisteille on vaikeaa. 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. Nämä laskentatyökalut korostavat sitä, missä määrin piirilevyrakenne vaikuttaa lämmöntuottoon. 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. Kahdessa rivipakkauksessa voimme käyttää “koiran luutyynyä” tyyliä lämmön poistamiseksi.

Lopuksi järjestelmiä, joissa on suurempi PCBS, voidaan käyttää myös jäähdytykseen. 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. Kun otetaan huomioon lämmönjohtavuus ja kustannukset, ruuvien määrä tulee maksimoida niin, että tuotto pienenee. Metallisessa PCB -jäykistimessä on enemmän jäähdytysaluetta sen jälkeen, kun se on liitetty lämpölevyyn. Joissakin sovelluksissa, joissa PCB -kotelossa on kuori, TYPE B -juotoslaastimateriaalilla on parempi lämpöteho kuin ilmajäähdytteisellä kuorella. Jäähdytysratkaisuja, kuten tuulettimia ja siivekkeitä, käytetään myös yleisesti järjestelmän jäähdytykseen, mutta ne vaativat usein enemmän tilaa tai vaativat rakenteellisia muutoksia jäähdytyksen optimoimiseksi.

Korkean lämpötehon omaavan järjestelmän suunnitteluun ei riitä, että valitset hyvän IC -laitteen ja suljetun ratkaisun. IC -jäähdytystehon ajoitus riippuu piirilevystä ja jäähdytysjärjestelmän kapasiteetista, jotta IC -laitteet voivat jäähtyä nopeasti. Edellä mainittu passiivinen jäähdytysmenetelmä voi parantaa merkittävästi järjestelmän lämmönpoistokykyä.