Cara penggunaan PCB untuk pembuangan panas paket IC?

Aspek pertama dari desain PCB yang dapat meningkatkan kinerja termal adalah tata letak perangkat PCB. Bila memungkinkan, komponen daya tinggi pada PCB harus dipisahkan satu sama lain. Pemisahan fisik antara komponen berdaya tinggi ini memaksimalkan area PCB di sekitar setiap komponen berdaya tinggi, sehingga membantu mencapai konduksi panas yang lebih baik. Perawatan harus dilakukan untuk mengisolasi komponen sensitif suhu pada PCB dari komponen berdaya tinggi. Bila memungkinkan, lokasi pemasangan komponen berdaya tinggi harus jauh dari sudut PCB. Lokasi PCB yang lebih sentral dapat memaksimalkan area papan di sekitar komponen berdaya tinggi, sehingga membantu menghilangkan panas. Gambar 2 menunjukkan dua perangkat semikonduktor yang identik: komponen A dan komponen B. Komponen A terletak di sudut PCB dan memiliki suhu sambungan mati 5% lebih tinggi dari komponen B karena komponen B terletak lebih dekat ke tengah. Karena area papan di sekitar komponen untuk pembuangan panas lebih kecil, pembuangan panas di sudut komponen A terbatas.

Bagaimana cara menggunakan PCB untuk pembuangan panas paket IC?

Aspek kedua adalah struktur PCB, yang memiliki pengaruh paling menentukan pada kinerja termal desain PCB. Prinsip umumnya adalah: semakin banyak tembaga di PCB, semakin tinggi kinerja termal komponen sistem. Situasi pembuangan panas yang ideal untuk perangkat semikonduktor adalah bahwa chip dipasang pada sepotong besar tembaga berpendingin cairan. Untuk sebagian besar aplikasi, metode pemasangan ini tidak praktis, jadi kami hanya dapat membuat beberapa perubahan lain pada PCB untuk meningkatkan kinerja pembuangan panas. Untuk sebagian besar aplikasi saat ini, total volume sistem terus menyusut, yang berdampak buruk pada kinerja pembuangan panas. Semakin besar PCB, semakin besar area yang dapat digunakan untuk konduksi panas, dan juga memiliki fleksibilitas yang lebih besar, memungkinkan ruang yang cukup di antara komponen berdaya tinggi.

Bila memungkinkan, maksimalkan jumlah dan ketebalan bidang dasar tembaga PCB. Berat tembaga lapisan tanah umumnya relatif besar, dan merupakan jalur termal yang sangat baik untuk seluruh PCB untuk menghilangkan panas. Susunan kabel untuk setiap lapisan juga akan meningkatkan proporsi total tembaga yang digunakan untuk konduksi panas. Namun, kabel ini biasanya terisolasi secara elektrik dan termal, yang membatasi perannya sebagai lapisan pembuangan panas potensial. Pengkabelan perangkat ground plane harus seelektrik mungkin dengan banyak ground plane, untuk membantu memaksimalkan konduksi panas. Vias pembuangan panas pada PCB di bawah perangkat semikonduktor membantu panas untuk memasuki lapisan terkubur dari PCB dan melakukan ke bagian belakang papan sirkuit.

Untuk meningkatkan kinerja pembuangan panas, lapisan atas dan bawah PCB adalah “lokasi emas”. Gunakan kabel yang lebih lebar dan rutekan jauh dari perangkat berdaya tinggi untuk menyediakan jalur termal untuk pembuangan panas. Papan termal khusus adalah metode yang sangat baik untuk pembuangan panas PCB. Papan termal umumnya terletak di bagian atas atau belakang PCB, dan terhubung secara termal ke perangkat melalui koneksi tembaga langsung atau vias termal. Dalam kasus paket inline (paket dengan timah di kedua sisi), papan konduksi panas semacam ini dapat ditempatkan di bagian atas PCB dan berbentuk seperti “tulang anjing” (bagian tengahnya sesempit paket, dan area jauh dari paket relatif kecil Besar, kecil di tengah dan besar di ujung). Dalam kasus paket empat sisi (ada timah di keempat sisi), pelat penghantar panas harus ditempatkan di bagian belakang PCB atau masuk ke PCB.

Bagaimana cara menggunakan PCB untuk pembuangan panas paket IC?

Meningkatkan ukuran papan termal adalah cara terbaik untuk meningkatkan kinerja termal paket PowerPAD. Ukuran pelat konduksi panas yang berbeda memiliki pengaruh besar pada kinerja termal. Lembar data produk yang disediakan dalam bentuk tabel umumnya mencantumkan informasi ukuran ini. Namun, sulit untuk mengukur dampak penambahan tembaga dari PCB kustom. Menggunakan beberapa kalkulator online, pengguna dapat memilih perangkat dan kemudian mengubah ukuran bantalan tembaga untuk memperkirakan dampaknya terhadap kinerja pembuangan panas PCB non-JEDEC. Alat kalkulasi ini menyoroti dampak desain PCB pada kinerja termal. Untuk paket empat sisi, area bantalan atas hanya lebih kecil dari luas bantalan perangkat yang terbuka. Dalam hal ini, lapisan terkubur atau lapisan belakang adalah cara pertama untuk mencapai pendinginan yang lebih baik. Untuk paket in-line ganda, kita dapat menggunakan gaya pad “tulang anjing” untuk menghilangkan panas.

Akhirnya, sistem dengan PCB yang lebih besar juga dapat digunakan untuk pendinginan. Jika sekrup disambungkan ke pelat penghantar panas dan bidang arde untuk pembuangan panas, beberapa sekrup yang digunakan untuk memasang PCB juga dapat menjadi jalur panas yang efektif ke dasar sistem. Mempertimbangkan efek dan biaya konduksi panas, jumlah sekrup harus menjadi nilai maksimum yang mencapai titik hasil yang semakin berkurang. Setelah terhubung ke pelat konduktif termal, pelat penguat PCB logam memiliki lebih banyak area pendinginan. Untuk beberapa aplikasi di mana PCB ditutupi dengan cangkang, bahan perbaikan pengelasan tipe terkontrol memiliki kinerja termal yang lebih tinggi daripada cangkang berpendingin udara. Solusi pendinginan, seperti kipas dan unit pendingin, juga merupakan metode umum untuk pendinginan sistem, tetapi biasanya memerlukan lebih banyak ruang atau perlu memodifikasi desain untuk mengoptimalkan efek pendinginan.

Untuk merancang sistem dengan kinerja termal yang lebih tinggi, tidak cukup memilih perangkat IC yang baik dan solusi tertutup. Kinerja pembuangan panas IC tergantung pada PCB dan kemampuan sistem pembuangan panas untuk mendinginkan perangkat IC dengan cepat. Dengan menggunakan metode pendinginan pasif di atas, kinerja pembuangan panas sistem dapat sangat ditingkatkan.