आईसी पैकेज पर निर्भर करता है पीसीबी गर्मी लंपटता के लिए। सामान्य तौर पर, पीसीबी उच्च शक्ति अर्धचालक उपकरणों के लिए मुख्य शीतलन विधि है। एक अच्छा पीसीबी गर्मी अपव्यय डिजाइन का बहुत प्रभाव पड़ता है, यह सिस्टम को अच्छी तरह से चला सकता है, लेकिन थर्मल दुर्घटनाओं के छिपे खतरे को भी दबा सकता है। पीसीबी लेआउट, बोर्ड संरचना और डिवाइस माउंट की सावधानीपूर्वक हैंडलिंग मध्यम और उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों के लिए गर्मी अपव्यय प्रदर्शन को बेहतर बनाने में मदद कर सकती है।

सेमीकंडक्टर निर्माताओं को अपने उपकरणों का उपयोग करने वाले सिस्टम को नियंत्रित करने में कठिनाई होती है। हालाँकि, एक IC स्थापित प्रणाली समग्र डिवाइस प्रदर्शन के लिए महत्वपूर्ण है। कस्टम IC उपकरणों के लिए, सिस्टम डिज़ाइनर आमतौर पर निर्माता के साथ मिलकर काम करता है ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि सिस्टम उच्च-शक्ति वाले उपकरणों की कई गर्मी अपव्यय आवश्यकताओं को पूरा करता है। यह प्रारंभिक सहयोग यह सुनिश्चित करता है कि ग्राहक के कूलिंग सिस्टम के भीतर उचित संचालन सुनिश्चित करते हुए IC विद्युत और प्रदर्शन मानकों को पूरा करता है। कई बड़ी सेमीकंडक्टर कंपनियां उपकरणों को मानक घटकों के रूप में बेचती हैं, और निर्माता और अंतिम एप्लिकेशन के बीच कोई संपर्क नहीं होता है। इस मामले में, हम आईसी और सिस्टम के लिए एक अच्छा निष्क्रिय गर्मी अपव्यय समाधान प्राप्त करने में सहायता के लिए केवल कुछ सामान्य दिशानिर्देशों का उपयोग कर सकते हैं।

सामान्य सेमीकंडक्टर पैकेज प्रकार नंगे पैड या पावरपैडटीएम पैकेज है। इन पैकेजों में, चिप को एक धातु की प्लेट पर लगाया जाता है जिसे चिप पैड कहा जाता है। इस प्रकार का चिप पैड चिप प्रसंस्करण की प्रक्रिया में चिप का समर्थन करता है, और डिवाइस गर्मी अपव्यय के लिए एक अच्छा थर्मल पथ भी है। जब पैक किए गए नंगे पैड को पीसीबी में वेल्ड किया जाता है, तो पैकेज से और पीसीबी में गर्मी जल्दी से निकल जाती है। फिर पीसीबी परतों के माध्यम से आसपास की हवा में गर्मी को नष्ट कर दिया जाता है। बेयर पैड पैकेज आमतौर पर पैकेज के नीचे के माध्यम से लगभग 80% गर्मी को पीसीबी में स्थानांतरित करते हैं। शेष 20% गर्मी डिवाइस के तारों और पैकेज के विभिन्न पक्षों के माध्यम से उत्सर्जित होती है। 1% से भी कम गर्मी पैकेज के ऊपर से निकल जाती है। इन बेयर-पैड पैकेजों के मामले में, कुछ डिवाइस प्रदर्शन सुनिश्चित करने के लिए अच्छा पीसीबी गर्मी अपव्यय डिजाइन आवश्यक है।

पीसीबी डिजाइन का पहला पहलू जो थर्मल प्रदर्शन में सुधार करता है वह है पीसीबी डिवाइस लेआउट। जब भी संभव हो, पीसीबी पर उच्च शक्ति वाले घटकों को एक दूसरे से अलग किया जाना चाहिए। उच्च-शक्ति घटकों के बीच यह भौतिक अंतर प्रत्येक उच्च-शक्ति घटक के आसपास पीसीबी क्षेत्र को अधिकतम करता है, जो बेहतर गर्मी हस्तांतरण प्राप्त करने में मदद करता है। पीसीबी पर उच्च शक्ति घटकों से तापमान संवेदनशील घटकों को अलग करने के लिए देखभाल की जानी चाहिए। जहां भी संभव हो, उच्च शक्ति वाले घटकों को पीसीबी के कोनों से दूर स्थित होना चाहिए। एक अधिक मध्यवर्ती पीसीबी स्थिति उच्च-शक्ति घटकों के आसपास बोर्ड क्षेत्र को अधिकतम करती है, जिससे गर्मी को खत्म करने में मदद मिलती है। चित्रा 2 दो समान अर्धचालक उपकरणों को दिखाता है: घटक ए और बी। पीसीबी के कोने पर स्थित घटक ए में ए चिप जंक्शन तापमान घटक बी की तुलना में 5% अधिक है, जो अधिक केंद्रीय रूप से स्थित है। घटक ए के कोने पर गर्मी अपव्यय गर्मी अपव्यय के लिए उपयोग किए जाने वाले घटक के आसपास के छोटे पैनल क्षेत्र द्वारा सीमित है।

दूसरा पहलू पीसीबी की संरचना है, जिसका पीसीबी डिजाइन के थर्मल प्रदर्शन पर सबसे निर्णायक प्रभाव पड़ता है। एक सामान्य नियम के रूप में, पीसीबी में जितना अधिक तांबा होता है, सिस्टम घटकों का थर्मल प्रदर्शन उतना ही अधिक होता है। अर्धचालक उपकरणों के लिए आदर्श गर्मी अपव्यय की स्थिति यह है कि चिप को तरल-ठंडा तांबे के एक बड़े ब्लॉक पर लगाया जाता है। यह अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए व्यावहारिक नहीं है, इसलिए हमें गर्मी अपव्यय में सुधार के लिए पीसीबी में अन्य बदलाव करने पड़े। आज अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए, सिस्टम का कुल आयतन सिकुड़ रहा है, जिससे गर्मी अपव्यय प्रदर्शन पर प्रतिकूल प्रभाव पड़ रहा है। बड़े पीसीबी में अधिक सतह क्षेत्र होता है जिसका उपयोग गर्मी हस्तांतरण के लिए किया जा सकता है, लेकिन उच्च शक्ति वाले घटकों के बीच पर्याप्त जगह छोड़ने के लिए अधिक लचीलापन भी होता है।

जब भी संभव हो, पीसीबी तांबे की परतों की संख्या और मोटाई को अधिकतम करें। ग्राउंडिंग कॉपर का वजन आम तौर पर बड़ा होता है, जो पूरे पीसीबी गर्मी अपव्यय के लिए एक उत्कृष्ट थर्मल पथ है। परतों की तारों की व्यवस्था से ऊष्मा चालन के लिए उपयोग किए जाने वाले तांबे के कुल विशिष्ट गुरुत्व में भी वृद्धि होती है। हालांकि, यह वायरिंग आमतौर पर विद्युत रूप से अछूता रहता है, इसके उपयोग को संभावित हीट सिंक के रूप में सीमित करता है। गर्मी चालन को अधिकतम करने में मदद करने के लिए डिवाइस ग्राउंडिंग को यथासंभव अधिक से अधिक ग्राउंडिंग परतों तक विद्युत रूप से तारित किया जाना चाहिए। सेमीकंडक्टर डिवाइस के नीचे पीसीबी में गर्मी अपव्यय छेद गर्मी को पीसीबी की एम्बेडेड परतों में प्रवेश करने और बोर्ड के पीछे स्थानांतरित करने में मदद करते हैं।

बेहतर कूलिंग प्रदर्शन के लिए पीसीबी के ऊपर और नीचे की परतें “प्राइम लोकेशन” हैं। व्यापक तारों का उपयोग करना और उच्च-शक्ति वाले उपकरणों से दूर जाना गर्मी अपव्यय के लिए एक थर्मल पथ प्रदान कर सकता है। पीसीबी गर्मी अपव्यय के लिए विशेष गर्मी चालन बोर्ड एक उत्कृष्ट विधि है। थर्मल कंडक्टिव प्लेट पीसीबी के ऊपर या पीछे स्थित होती है और इसे सीधे तांबे के कनेक्शन या थर्मल थ्रू-होल के माध्यम से डिवाइस से जोड़ा जाता है। इनलाइन पैकेजिंग के मामले में (केवल पैकेज के दोनों किनारों पर लीड के साथ), गर्मी चालन प्लेट पीसीबी के शीर्ष पर स्थित हो सकती है, जिसका आकार “कुत्ते की हड्डी” के आकार का होता है (बीच में पैकेज जितना संकीर्ण होता है, पैकेज से दूर तांबे का एक बड़ा क्षेत्र होता है, बीच में छोटा और दोनों सिरों पर बड़ा)। फोर-साइड पैकेज (चारों तरफ लीड के साथ) के मामले में, गर्मी चालन प्लेट पीसीबी के पीछे या पीसीबी के अंदर स्थित होनी चाहिए।

पावरपैड पैकेज के थर्मल प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए हीट कंडक्शन प्लेट का आकार बढ़ाना एक शानदार तरीका है। गर्मी चालन प्लेट के विभिन्न आकार का थर्मल प्रदर्शन पर बहुत प्रभाव पड़ता है। एक सारणीबद्ध उत्पाद डेटा शीट आमतौर पर इन आयामों को सूचीबद्ध करती है। लेकिन कस्टम PCBS पर अतिरिक्त तांबे के प्रभाव की मात्रा निर्धारित करना मुश्किल है। ऑनलाइन कैलकुलेटर के साथ, उपयोगकर्ता एक उपकरण का चयन कर सकते हैं और गैर-जेईडीईसी पीसीबी के थर्मल प्रदर्शन पर इसके प्रभाव का अनुमान लगाने के लिए कॉपर पैड के आकार को बदल सकते हैं। ये गणना उपकरण इस बात पर प्रकाश डालते हैं कि पीसीबी डिजाइन किस हद तक गर्मी अपव्यय प्रदर्शन को प्रभावित करता है। फोर-साइड पैकेज के लिए, जहां शीर्ष पैड का क्षेत्र डिवाइस के नंगे पैड क्षेत्र से बस कम है, एम्बेडिंग या बैक लेयर बेहतर कूलिंग प्राप्त करने का पहला तरीका है। दोहरे इन-लाइन पैकेज के लिए, हम गर्मी को खत्म करने के लिए “डॉग बोन” पैड शैली का उपयोग कर सकते हैं।

अंत में, बड़े PCBS वाले सिस्टम को कूलिंग के लिए भी इस्तेमाल किया जा सकता है। पीसीबी को माउंट करने के लिए उपयोग किए जाने वाले स्क्रू थर्मल प्लेट और ग्राउंड लेयर से जुड़े होने पर सिस्टम के आधार पर प्रभावी थर्मल एक्सेस प्रदान कर सकते हैं। तापीय चालकता और लागत को ध्यान में रखते हुए, स्क्रू की संख्या को घटते रिटर्न के बिंदु तक अधिकतम किया जाना चाहिए। थर्मल प्लेट से जुड़े होने के बाद मेटल पीसीबी स्टिफ़नर में अधिक शीतलन क्षेत्र होता है। कुछ अनुप्रयोगों के लिए जहां पीसीबी आवास में एक खोल होता है, टाइप बी सोल्डर पैच सामग्री में एयर कूल्ड खोल की तुलना में उच्च थर्मल प्रदर्शन होता है। शीतलन समाधान, जैसे पंखे और पंख, आमतौर पर सिस्टम कूलिंग के लिए भी उपयोग किए जाते हैं, लेकिन उन्हें अक्सर अधिक स्थान की आवश्यकता होती है या शीतलन को अनुकूलित करने के लिए डिज़ाइन संशोधनों की आवश्यकता होती है।

उच्च तापीय प्रदर्शन वाली प्रणाली को डिजाइन करने के लिए, एक अच्छा आईसी उपकरण और बंद समाधान चुनना पर्याप्त नहीं है। आईसी कूलिंग परफॉर्मेंस शेड्यूलिंग पीसीबी और कूलिंग सिस्टम की क्षमता पर निर्भर करता है ताकि आईसी उपकरणों को जल्दी ठंडा किया जा सके। ऊपर वर्णित निष्क्रिय शीतलन विधि प्रणाली के गर्मी अपव्यय प्रदर्शन में काफी सुधार कर सकती है।