Comment utiliser ce service PCB pour la dissipation thermique du paquet IC ?

Le premier aspect de la conception de PCB qui peut améliorer les performances thermiques est la disposition du dispositif PCB. Dans la mesure du possible, les composants haute puissance sur le PCB doivent être séparés les uns des autres. Cette séparation physique entre les composants haute puissance maximise la zone PCB autour de chaque composant haute puissance, contribuant ainsi à obtenir une meilleure conduction thermique. Des précautions doivent être prises pour isoler les composants sensibles à la température sur le PCB des composants à haute puissance. Dans la mesure du possible, l’emplacement d’installation des composants haute puissance doit être éloigné des coins du PCB. Un emplacement plus central du PCB peut maximiser la surface de la carte autour des composants haute puissance, aidant ainsi à dissiper la chaleur. La figure 2 montre deux dispositifs semi-conducteurs identiques : le composant A et le composant B. Le composant A est situé au coin du PCB et a une température de jonction de puce 5 % plus élevée que le composant B car le composant B est situé plus près du milieu. Étant donné que la zone de carte autour du composant pour la dissipation thermique est plus petite, la dissipation thermique au coin du composant A est limitée.

Comment utiliser le PCB pour la dissipation thermique du boîtier IC?

Le deuxième aspect est la structure du PCB, qui a l’influence la plus décisive sur les performances thermiques de la conception du PCB. Le principe général est le suivant : plus il y a de cuivre dans le PCB, plus les performances thermiques des composants du système sont élevées. La situation idéale de dissipation thermique pour les dispositifs semi-conducteurs est que la puce est montée sur un gros morceau de cuivre refroidi par liquide. Pour la plupart des applications, cette méthode de montage n’est pas pratique, nous ne pouvons donc apporter que d’autres modifications au PCB pour améliorer les performances de dissipation thermique. Pour la plupart des applications aujourd’hui, le volume total du système continue de diminuer, ce qui a un effet négatif sur les performances de dissipation thermique. Plus le PCB est grand, plus la zone pouvant être utilisée pour la conduction thermique est grande, et il a également une plus grande flexibilité, laissant suffisamment d’espace entre les composants haute puissance.

Dans la mesure du possible, maximisez le nombre et l’épaisseur des plans de masse en cuivre des PCB. Le poids du cuivre de la couche de masse est généralement relativement important et il s’agit d’un excellent chemin thermique permettant à l’ensemble du PCB de dissiper la chaleur. La disposition du câblage pour chaque couche augmentera également la proportion totale de cuivre utilisée pour la conduction thermique. Cependant, ce câblage est généralement isolé électriquement et thermiquement, ce qui limite son rôle de couche potentielle de dissipation thermique. Le câblage du plan de masse de l’appareil doit être aussi électrique que possible avec de nombreux plans de masse, afin de maximiser la conduction thermique. Les vias de dissipation de chaleur sur le PCB sous le dispositif semi-conducteur aident la chaleur à pénétrer dans les couches enterrées du PCB et à se diriger vers l’arrière du circuit imprimé.

Pour améliorer les performances de dissipation thermique, les couches supérieure et inférieure du PCB sont des « emplacements dorés ». Utilisez des fils plus larges et acheminez-les loin des appareils à haute puissance pour fournir un chemin thermique pour la dissipation de la chaleur. La carte thermique dédiée est une excellente méthode pour la dissipation thermique des PCB. La carte thermique est généralement située sur le dessus ou à l’arrière du PCB et est thermiquement connectée à l’appareil via des connexions directes en cuivre ou des vias thermiques. Dans le cas d’un boîtier en ligne (boîtiers avec des fils des deux côtés), ce type de carte de conduction thermique peut être situé sur le dessus du PCB et avoir la forme d’un « os de chien » (le milieu est aussi étroit que le boîtier, et le zone éloignée de l’emballage est relativement petite (grande, petite au milieu et grande aux extrémités). Dans le cas d’un boîtier à quatre côtés (il y a des fils sur les quatre côtés), la plaque conductrice de chaleur doit être située à l’arrière du PCB ou pénétrer dans le PCB.

Comment utiliser le PCB pour la dissipation thermique du boîtier IC?

L’augmentation de la taille de la carte thermique est un excellent moyen d’améliorer les performances thermiques du boîtier PowerPAD. Différentes tailles de plaques de conduction thermique ont une grande influence sur les performances thermiques. La fiche produit fournie sous forme de tableau répertorie généralement ces informations de taille. Cependant, il est difficile de quantifier l’impact du cuivre ajouté des PCB personnalisés. À l’aide de certaines calculatrices en ligne, les utilisateurs peuvent sélectionner un appareil, puis modifier la taille de la pastille de cuivre pour estimer son impact sur les performances de dissipation thermique des PCB non JEDEC. Ces outils de calcul mettent en évidence l’impact de la conception des PCB sur les performances thermiques. Pour un emballage à quatre côtés, la surface du coussin supérieur est juste plus petite que la surface du coussin exposé de l’appareil. Dans ce cas, la couche enterrée ou dorsale est le premier moyen d’obtenir un meilleur refroidissement. Pour les emballages doubles en ligne, nous pouvons utiliser un style de coussin « os de chien » pour dissiper la chaleur.

Enfin, les systèmes avec des PCB plus gros peuvent également être utilisés pour le refroidissement. Dans le cas où les vis sont connectées à la plaque conductrice de chaleur et au plan de masse pour la dissipation thermique, certaines vis utilisées pour monter le PCB peuvent également devenir des chemins thermiques efficaces vers la base du système. Compte tenu de l’effet de conduction thermique et du coût, le nombre de vis doit être la valeur maximale qui atteint le point de rendements décroissants. Après avoir été connectée à la plaque conductrice thermique, la plaque de renfort en métal PCB a plus de zone de refroidissement. Pour certaines applications où le PCB est recouvert d’une coque, le matériau de réparation de soudage contrôlé par type a une performance thermique plus élevée que la coque refroidie par air. Les solutions de refroidissement, telles que les ventilateurs et les dissipateurs thermiques, sont également des méthodes courantes de refroidissement du système, mais elles nécessitent généralement plus d’espace ou nécessitent de modifier la conception pour optimiser l’effet de refroidissement.

Pour concevoir un système avec des performances thermiques plus élevées, il ne suffit pas de choisir un bon dispositif IC et une solution fermée. Les performances de dissipation thermique du CI dépendent du PCB et de la capacité du système de dissipation thermique à refroidir rapidement les dispositifs CI. En utilisant la méthode de refroidissement passif ci-dessus, les performances de dissipation thermique du système peuvent être considérablement améliorées.