PCB cooling technology have you learned

IC -paketit luottavat PCB lämmöntuotantoon. Yleensä PCB on tärkein jäähdytysmenetelmä suuritehoisille puolijohdelaitteille. Hyvällä piirilevyn lämmönpoistosuunnittelulla on suuri vaikutus, se voi saada järjestelmän toimimaan hyvin, mutta voi myös haudata lämpöonnettomuuksien piilotetun vaaran. Piirilevyasettelun, levyrakenteen ja laiteasennuksen huolellinen käsittely voi auttaa parantamaan lämmönpoistokykyä keskisuurissa ja suuritehoisissa sovelluksissa.

ipcb

Puolijohdevalmistajilla on vaikeuksia hallita laitteitaan käyttäviä järjestelmiä. Järjestelmä, johon on asennettu IC, on kuitenkin kriittinen laitteen yleisen suorituskyvyn kannalta. 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. Monet suuret puolijohdeyritykset myyvät laitteita vakiokomponenteina, eikä valmistajan ja sovelluksen välillä ole yhteyttä. In this case, we can only use some general guidelines to help achieve a good passive heat dissipation solution for IC and system.

Yleinen puolijohdepakettityyppi on paljas pad tai PowerPADTM -paketti. Näissä pakkauksissa siru on asennettu metallilevylle, jota kutsutaan sirulevyksi. Tällainen sirutyyny tukee sirua sirunkäsittelyprosessissa ja on myös hyvä lämpöpolku laitteen lämmönpoistoon. Kun pakattu paljaatyynyt hitsataan piirilevyyn, lämpö poistuu nopeasti pakkauksesta ja piirilevyyn. Lämpö hajaantuu sitten PCB -kerrosten läpi ympäröivään ilmaan. 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. On huolehdittava siitä, että piirilevyllä erotetaan lämpötilaherkät komponentit suuritehoisista komponenteista. Aina kun mahdollista, suuritehoiset komponentit tulisi sijoittaa poispäin piirilevyn kulmista. Välivaiheinen piirilevyasento maksimoi levyalueen suuritehoisten komponenttien ympärillä ja auttaa siten poistamaan lämpöä. Figure 2 shows two identical semiconductor devices: components A and 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. Useimmissa nykypäivän sovelluksissa järjestelmän kokonaistilavuus pienenee, mikä vaikuttaa haitallisesti lämmöntuottoon. Suuremmissa PCBS-levyissä on enemmän pinta-alaa, joita voidaan käyttää lämmönsiirtoon, mutta niissä on myös enemmän joustavuutta jättää riittävästi tilaa suuritehoisten komponenttien väliin.

Aina kun mahdollista, maksimoi PCB -kuparikerrosten määrä ja paksuus. Maadoitetun kuparin paino on yleensä suuri, mikä on erinomainen lämpöreitti koko PCB -lämmönpoistolle. Kerrosten johdotuksen järjestely lisää myös lämmönjohtamiseen käytetyn kuparin kokonaispainoa. 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. Eri kokoisilla lämmönjohtolevyillä on suuri vaikutus lämpötehoon. A tabular product data sheet typically lists these dimensions. Mutta lisätyn kuparin vaikutuksen määrittäminen mukautetuille PCBS -yhdisteille on vaikeaa. Online-laskimien avulla käyttäjät voivat valita laitteen ja muuttaa kuparityynyn kokoa arvioidakseen sen vaikutuksen ei-JEDEC-piirilevyn lämpötehoon. Nämä laskentatyökalut korostavat sitä, missä määrin piirilevyrakenne vaikuttaa lämmöntuottoon. Nelipuoleisissa pakkauksissa, joissa yläpehmusteen pinta-ala on vain pienempi kuin laitteen paljaan tyynyn alue, upotus- tai takakerros on ensimmäinen tapa parantaa jäähdytystä. Kahdessa rivipakkauksessa voimme käyttää “koiran luutyynyä” tyyliä lämmön poistamiseksi.

Lopuksi järjestelmiä, joissa on suurempi PCBS, voidaan käyttää myös jäähdytykseen. Piirilevyn kiinnittämiseen käytetyt ruuvit voivat myös tarjota tehokkaan lämpöyhteyden järjestelmän pohjaan, kun ne on liitetty lämpölevyyn ja maakerrokseen. 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.