como PCB para a disipación de calor do paquete IC?

O primeiro aspecto do deseño de PCB que pode mellorar o rendemento térmico é o deseño do dispositivo PCB. Sempre que sexa posible, os compoñentes de alta potencia do PCB deben estar separados entre si. Esta separación física entre compoñentes de alta potencia maximiza a área de PCB ao redor de cada compoñente de alta potencia, axudando así a conseguir unha mellor condución da calor. Débese ter coidado de illar os compoñentes sensibles á temperatura do PCB dos compoñentes de alta potencia. Sempre que sexa posible, o lugar de instalación dos compoñentes de alta potencia debe estar lonxe das esquinas do PCB. Unha localización máis central do PCB pode maximizar a área da placa arredor dos compoñentes de alta potencia, axudando así a disipar a calor. A figura 2 mostra dous dispositivos semicondutores idénticos: o compoñente A e o compoñente B. O compoñente A está situado na esquina do PCB e ten unha temperatura de unión da matriz que é un 5 % superior á do compoñente B porque o compoñente B está situado máis preto do medio. Dado que a área da placa ao redor do compoñente para a disipación de calor é menor, a disipación de calor na esquina do compoñente A é limitada.

Como usar a PCB para a disipación de calor do paquete IC?

O segundo aspecto é a estrutura do PCB, que ten a influencia máis decisiva no rendemento térmico do deseño do PCB. O principio xeral é: canto máis cobre no PCB, maior será o rendemento térmico dos compoñentes do sistema. A situación ideal de disipación de calor para dispositivos semicondutores é que o chip estea montado nunha gran peza de cobre refrixerado por líquido. Para a maioría das aplicacións, este método de montaxe non é práctico, polo que só podemos facer algúns outros cambios na PCB para mellorar o rendemento da disipación de calor. Para a maioría das aplicacións actuais, o volume total do sistema segue a diminuír, o que ten un efecto adverso no rendemento da disipación de calor. Canto maior sexa o PCB, maior será a área que se pode usar para a condución da calor e tamén ten maior flexibilidade, permitindo espazo suficiente entre os compoñentes de alta potencia.

Sempre que sexa posible, maximice o número e o grosor dos planos de terra de cobre PCB. O peso do cobre da capa de terra é xeralmente relativamente grande e é un excelente camiño térmico para que todo o PCB disipe a calor. A disposición do cableado para cada capa tamén aumentará a proporción total de cobre utilizado para a condución da calor. Non obstante, este cableado adoita estar illado eléctrica e térmicamente, o que limita o seu papel como capa potencial de disipación de calor. O cableado do plano de terra do dispositivo debe ser o máis eléctrico posible con moitos planos de terra, para axudar a maximizar a condución da calor. As vías de disipación de calor na PCB baixo o dispositivo semicondutor axudan a que a calor entre nas capas enterradas da PCB e conduza cara á parte traseira da placa de circuíto.

Para mellorar o rendemento da disipación de calor, as capas superior e inferior do PCB son “lugares dourados”. Usa fíos máis anchos e envíaos lonxe dos dispositivos de alta potencia para proporcionar un camiño térmico para a disipación da calor. A placa térmica dedicada é un método excelente para a disipación de calor da PCB. A placa térmica sitúase xeralmente na parte superior ou traseira da PCB e está conectada térmicamente ao dispositivo mediante conexións directas de cobre ou vías térmicas. No caso do paquete en liña (paquetes con cables en ambos os dous lados), este tipo de placa de condución de calor pódese situar na parte superior da PCB e ter forma de “os de can” (o medio é tan estreito como o paquete e o área afastada do paquete é relativamente pequena. Grande, pequena no medio e grande nos extremos). No caso dun paquete de catro lados (hai cables nos catro lados), a placa conductora de calor debe estar situada na parte traseira da PCB ou entrar na PCB.

Como usar a PCB para a disipación de calor do paquete IC?

Aumentar o tamaño da placa térmica é unha excelente forma de mellorar o rendemento térmico do paquete PowerPAD. Os diferentes tamaños de placas de condución térmica teñen unha gran influencia no rendemento térmico. A folla de datos do produto proporcionada en forma de táboa xeralmente enumera esta información de tamaño. Non obstante, é difícil cuantificar o impacto do cobre engadido dos PCB personalizados. Usando algunhas calculadoras en liña, os usuarios poden seleccionar un dispositivo e despois cambiar o tamaño da almofada de cobre para estimar o seu impacto no rendemento de disipación de calor dos PCB non JEDEC. Estas ferramentas de cálculo destacan o impacto do deseño de PCB no rendemento térmico. Para un paquete de catro lados, a área da almofada superior é só máis pequena que a área da almofada exposta do dispositivo. Neste caso, a capa soterrada ou posterior é a primeira forma de conseguir un mellor arrefriamento. Para paquetes dobres en liña, podemos usar un estilo de almofada “dos de can” para disipar a calor.

Finalmente, tamén se poden usar sistemas con PCB máis grandes para o arrefriamento. No caso de que os parafusos estean conectados á placa conductora de calor e ao plano de terra para a disipación da calor, algúns parafusos utilizados para montar a PCB tamén poden converterse en camiños de calor efectivos para a base do sistema. Tendo en conta o efecto de condución de calor e o custo, o número de parafusos debe ser o valor máximo que acade o punto de rendemento decrecente. Despois de conectarse á placa condutora térmica, a placa de reforzo de PCB metálico ten máis área de refrixeración. Para algunhas aplicacións nas que o PCB está cuberto cunha carcasa, o material de reparación de soldadura controlada por tipo ten un rendemento térmico maior que a carcasa arrefriada por aire. As solucións de refrixeración, como ventiladores e disipadores de calor, tamén son métodos comúns para o arrefriamento do sistema, pero normalmente requiren máis espazo ou necesitan modificar o deseño para optimizar o efecto de arrefriamento.

Para deseñar un sistema con maior rendemento térmico, non abonda con escoller un bo dispositivo IC e unha solución pechada. O rendemento de disipación de calor do IC depende da PCB e da capacidade do sistema de disipación de calor para arrefriar rapidamente os dispositivos IC. Usando o método de arrefriamento pasivo anterior, o rendemento de disipación de calor do sistema pode mellorarse moito.