IC paketi se oslanjaju PCB za odvođenje topline. Općenito, PCB je glavna metoda hlađenja poluvodičkih uređaja velike snage. Dobar dizajn rasipanja topline na PCB -u ima veliki utjecaj, može poboljšati rad sustava, ali i sakriti skrivenu opasnost od toplinskih nesreća. Pažljivo rukovanje rasporedom PCB-a, strukturom ploče i nosačem uređaja može pomoći u poboljšanju performansi rasipanja topline za aplikacije srednje i velike snage.

Proizvođači poluvodiča imaju poteškoća u kontroliranju sustava koji koriste njihove uređaje. Međutim, sustav s instaliranim IC -om ključan je za ukupne performanse uređaja. Za prilagođene IC uređaje, dizajner sustava obično blisko surađuje s proizvođačem kako bi osigurao da sustav zadovoljava mnoge zahtjeve za odvođenje topline za uređaje velike snage. Ova rana suradnja osigurava da IC zadovoljava električne i standarde performansi, a istovremeno osigurava ispravan rad unutar korisnikovog rashladnog sustava. Mnoge velike tvrtke za proizvodnju poluvodiča prodaju uređaje kao standardne komponente i nema kontakta između proizvođača i krajnje aplikacije. U ovom slučaju možemo koristiti samo neke opće smjernice kako bismo pomogli u postizanju dobrog rješenja pasivnog odvođenja topline za IC i sustav.

Uobičajena vrsta poluvodičkih paketa je goli pad ili PowerPADTM paket. U tim paketima čip je montiran na metalnu ploču koja se naziva podloga za čipove. Ova vrsta podloge za čipove podržava čip u procesu obrade čipova, a također je i dobar toplinski put za rasipanje topline uređaja. Kad je pakirani goli jastuk zavaren na tiskanu ploču, toplina se brzo izlazi iz pakiranja i ulazi u tiskanu ploču. Toplina se zatim odvodi kroz slojeve PCB -a u okolni zrak. Paketi s golim ulošcima obično prenose oko 80% topline u PCB kroz dno pakiranja. Preostalih 20% topline emitira se kroz žice uređaja i različite strane pakiranja. Manje od 1% topline izlazi kroz vrh pakiranja. U slučaju ovih golih podloga, dobar dizajn rasipanja topline od PCB-a bitan je za osiguravanje određenih performansi uređaja.

Prvi aspekt dizajna PCB -a koji poboljšava toplinske performanse je izgled PCB uređaja. Kad god je to moguće, komponente velike snage na PCB-u trebaju biti odvojene jedna od druge. Ovaj fizički razmak između komponenti velike snage maksimizira područje PCB-a oko svake komponente velike snage, što pomaže u postizanju boljeg prijenosa topline. Potrebno je odvojiti temperaturno osjetljive komponente od komponenata velike snage na PCB -u. Kad god je to moguće, komponente velike snage trebale bi se nalaziti dalje od uglova PCB-a. Srednji položaj PCB-a povećava površinu ploče oko komponenti velike snage, čime pomaže rasipanju topline. Na slici 2 prikazana su dva identična poluvodička uređaja: komponente A i B. Komponenta A, smještena na uglu PCB -a, ima temperaturu spoja čipa A 5% višu od komponente B, koja je postavljena središnje. Odvođenje topline na uglu komponente A ograničeno je manjom površinom ploče oko komponente koja se koristi za odvođenje topline.

Drugi aspekt je struktura PCB -a, koja ima najodlučniji utjecaj na toplinske performanse dizajna PCB -a. U pravilu, što PCB ima više bakra, to su toplinske performanse komponenti sustava veće. Idealna situacija rasipanja topline za poluvodičke uređaje je ta da je čip postavljen na veliki blok bakra hlađenog tekućinom. To nije praktično za većinu primjena, pa smo morali unijeti druge promjene u PCB kako bismo poboljšali odvođenje topline. Za većinu današnjih primjena ukupni volumen sustava se smanjuje, što negativno utječe na performanse rasipanja topline. Veći PCBS-i imaju veću površinu koja se može koristiti za prijenos topline, ali također imaju i veću fleksibilnost kako bi ostavili dovoljno prostora između komponenti velike snage.

Kad god je moguće, povećajte broj i debljinu slojeva PCB bakra. Težina bakra za uzemljenje općenito je velika, što je izvrstan toplinski put za cijelo odvođenje topline na PCB -u. Raspored ožičenja slojeva također povećava ukupnu specifičnu težinu bakra koji se koristi za provođenje topline. Međutim, ovo ožičenje obično je električno izolirano, što ograničava njegovu upotrebu kao potencijalni hladnjak. Uzemljenje uređaja treba biti ožičeno što je više moguće na što više slojeva uzemljenja kako bi se povećala toplinska vodljivost. Rupe za rasipanje topline na PCB -u ispod poluvodičkog uređaja pomažu toplini da uđe u slojeve PCB -a i prenese se na stražnju stranu ploče.

Gornji i donji sloj PCB -a “glavna su mjesta” za poboljšane performanse hlađenja. Korištenje širih žica i usmjeravanje dalje od uređaja velike snage može osigurati toplinski put za odvođenje topline. Posebna ploča za provođenje topline izvrsna je metoda za rasipanje topline PCB -om. Toplinski vodljiva ploča nalazi se na vrhu ili stražnjoj strani PCB-a i toplinski je spojena na uređaj ili izravnom bakrenom vezom ili toplinskom propusnom rupom. U slučaju umetnutog pakiranja (samo s vodovima s obje strane pakiranja), ploča za provođenje topline može se nalaziti na vrhu PCB -a, u obliku “pseće kosti” (sredina je uska kao paket, bakar udaljen od pakiranja ima veliku površinu, malu u sredini i veliku na oba kraja). U slučaju četverostranog pakiranja (s vodovima na sve četiri strane), ploča za provođenje topline mora biti smještena na stražnjoj strani PCB-a ili unutar PCB-a.

Povećanje veličine ploče za provođenje topline izvrstan je način za poboljšanje toplinskih performansi PowerPAD paketa. Različite veličine ploče za provođenje topline imaju veliki utjecaj na toplinske performanse. Tablični podatkovni list proizvoda obično navodi ove dimenzije. No, teško je kvantificirati utjecaj dodanog bakra na prilagođeni PCBS. Pomoću mrežnih kalkulatora korisnici mogu odabrati uređaj i promijeniti veličinu bakrenog jastučića kako bi procijenili njegov učinak na toplinske performanse PCB-a koji nije JEDEC. Ovi proračunski alati ističu u kojoj mjeri dizajn PCB -a utječe na performanse rasipanja topline. Za četverostrane pakete, gdje je površina gornjeg jastučića tek manja od površine golih uložaka uređaja, ugrađivanje ili stražnji sloj prva je metoda za postizanje boljeg hlađenja. Za dvostruke linijske pakete možemo upotrijebiti stil jastučića “pseća kost” za odvođenje topline.

Konačno, sustavi s većim PCBS -om mogu se koristiti i za hlađenje. Vijaci koji se koriste za montažu PCB -a također mogu pružiti učinkovit toplinski pristup bazi sustava kada su spojeni na toplinsku ploču i sloj tla. S obzirom na toplinsku vodljivost i cijenu, broj vijaka treba povećati do točke smanjenja povrata. Metalni ukrućivač od PCB -a ima više prostora za hlađenje nakon spajanja na termičku ploču. Za neke primjene gdje kućište PCB -a ima omotač, materijal za lemljenje TIP B ima veće toplinske performanse od zračno hlađenog omotača. Rashladna rješenja, poput ventilatora i peraja, također se uobičajeno koriste za hlađenje sustava, ali često zahtijevaju više prostora ili zahtijevaju izmjene dizajna za optimizaciju hlađenja.

Za projektiranje sustava s visokim toplinskim performansama nije dovoljno odabrati dobar IC uređaj i zatvoreno rješenje. Raspored performansi IC hlađenja ovisi o tiskanoj ploči i kapacitetu rashladnog sustava kako bi se IC uređajima omogućilo brzo hlađenje. Gore spomenuta pasivna metoda hlađenja može uvelike poboljšati performanse rasipanja topline u sustavu.