הוראות שימוש PCB עבור חבילת IC פיזור חום?

ההיבט הראשון של עיצוב PCB שיכול לשפר ביצועים תרמיים הוא פריסת התקן PCB. במידת האפשר, יש להפריד רכיבים בעלי הספק גבוה ב-PCB זה מזה. הפרדה פיזית זו בין רכיבים בעלי הספק גבוה ממקסמת את שטח ה-PCB סביב כל רכיב בעל הספק גבוה, ובכך עוזרת להשיג הולכת חום טובה יותר. יש להקפיד על בידוד רכיבים רגישים לטמפרטורה על גבי ה-PCB מרכיבים בעלי הספק גבוה. במידת האפשר, מיקום ההתקנה של רכיבים בעלי הספק גבוה צריך להיות רחוק מפינות ה-PCB. מיקום PCB מרכזי יותר יכול למקסם את שטח הלוח סביב רכיבים בעלי הספק גבוה, ובכך לסייע בפיזור החום. איור 2 מציג שני התקני מוליכים למחצה זהים: רכיב A ורכיב B. רכיב A ממוקם בפינת ה-PCB ויש לו טמפרטורת צומת תבנית הגבוהה ב-5% מרכיב B מכיוון שרכיב B ממוקם קרוב יותר לאמצע. מכיוון ששטח הלוח סביב הרכיב לפיזור חום קטן יותר, פיזור החום בפינת רכיב A מוגבל.

כיצד להשתמש ב-PCB עבור פיזור חום של חבילת IC?

ההיבט השני הוא מבנה ה-PCB, שיש לו את ההשפעה המכריעה ביותר על הביצועים התרמיים של עיצוב ה-PCB. העיקרון הכללי הוא: ככל שיותר נחושת ב-PCB, כך הביצועים התרמיים של רכיבי המערכת גבוהים יותר. מצב פיזור החום האידיאלי עבור התקני מוליכים למחצה הוא שהשבב מותקן על חתיכה גדולה של נחושת מקוררת נוזל. עבור רוב היישומים, שיטת הרכבה זו אינה מעשית, ולכן אנו יכולים לבצע רק כמה שינויים אחרים ב-PCB כדי לשפר את ביצועי פיזור החום. עבור רוב היישומים כיום, הנפח הכולל של המערכת ממשיך להתכווץ, מה שיש לו השפעה שלילית על ביצועי פיזור החום. ככל שה-PCB גדול יותר, כך השטח שניתן להשתמש בו להולכת חום גדול יותר, ויש לו גם גמישות רבה יותר, המאפשר מספיק מקום בין הרכיבים בעלי ההספק הגבוה.

במידת האפשר, למקסם את המספר והעובי של מטוסי הארקה מנחושת PCB. המשקל של הנחושת שכבת הקרקע הוא בדרך כלל גדול יחסית, וזהו נתיב תרמי מצוין עבור כל ה-PCB לפיזור חום. סידור החיווט עבור כל שכבה יגדיל גם את החלק הכולל של הנחושת המשמשת להולכת חום. עם זאת, חיווט זה בדרך כלל מבודד חשמלית ותרמית, מה שמגביל את תפקידו כשכבת פיזור חום פוטנציאלית. החיווט של מטוס ההארקה של המכשיר צריך להיות חשמלי ככל האפשר עם מטוסי הארקה רבים, כדי לעזור למקסם את הולכת החום. צינורות פיזור החום על ה-PCB מתחת להתקן המוליכים למחצה עוזרים לחום להיכנס לשכבות הקבורות של ה-PCB ולהוביל לחלק האחורי של המעגל.

כדי לשפר את ביצועי פיזור החום, השכבות העליונות והתחתונות של ה-PCB הן “מיקומי זהב”. השתמש בחוטים רחבים יותר ונתב אותם הרחק ממכשירים בעלי הספק גבוה כדי לספק נתיב תרמי לפיזור חום. הלוח התרמי הייעודי הוא שיטה מצוינת לפיזור חום PCB. הלוח התרמי ממוקם בדרך כלל בחלק העליון או האחורי של ה-PCB, והוא מחובר תרמית למכשיר באמצעות חיבורי נחושת ישירים או דרך תרמית. במקרה של חבילה מוטבעת (חבילות עם מובילים משני הצדדים), סוג זה של לוח הולכת חום יכול להיות ממוקם בחלק העליון של ה-PCB ובצורת “עצם כלב” (האמצע צר כמו האריזה, וה השטח הרחק מהאריזה קטן יחסית. גדול, קטן באמצע וגדול בקצוות). במקרה של אריזה בעלת ארבע צדדים (יש מובילים בכל ארבעת הצדדים), הלוחית מוליכת החום חייבת להיות ממוקמת בגב ה-PCB או להיכנס ל-PCB.

כיצד להשתמש ב-PCB עבור פיזור חום של חבילת IC?

הגדלת גודל הלוח התרמי היא דרך מצוינת לשפר את הביצועים התרמיים של חבילת PowerPAD. לגדלים שונים של לוחות הולכת חום יש השפעה רבה על הביצועים התרמיים. גיליון הנתונים של המוצר המסופק בצורה של טבלה מפרט בדרך כלל את פרטי הגודל הללו. עם זאת, קשה לכמת את ההשפעה של תוספת הנחושת של PCBs מותאמים אישית. באמצעות מחשבונים מקוונים מסוימים, משתמשים יכולים לבחור מכשיר ולאחר מכן לשנות את גודל כרית הנחושת כדי להעריך את השפעתו על ביצועי פיזור החום של PCB שאינם של JEDEC. כלי חישוב אלו מדגישים את ההשפעה של עיצוב PCB על הביצועים התרמיים. עבור חבילה של ארבעה צדדים, שטח הרפידה העליונה הוא רק קטן יותר משטח הרפידה החשופה של המכשיר. במקרה זה, השכבה הקבורה או האחורית היא הדרך הראשונה להשיג קירור טוב יותר. עבור אריזות כפולות בשורה, אנו יכולים להשתמש בסגנון רפידת “עצם כלב” כדי לפזר חום.

לבסוף, ניתן להשתמש במערכות עם PCB גדולים יותר לקירור. במקרה שהברגים מחוברים לצלחת מוליכת החום ולמישור ההארקה לצורך פיזור חום, כמה ברגים המשמשים להרכבת ה-PCB יכולים גם להפוך לנתיבי חום יעילים לבסיס המערכת. בהתחשב בהשפעת הולכת החום ובעלות, מספר הברגים צריך להיות הערך המקסימלי שמגיע לנקודה של ירידה בתשואות. לאחר חיבור לצלחת המוליך התרמית, ללוחית החיזוק של ה-PCB המתכת יש יותר שטח קירור. עבור יישומים מסוימים שבהם ה-PCB מכוסה במעטפת, לחומר תיקון ריתוך מבוקר מסוג יש ביצועים תרמיים גבוהים יותר מהקליפה המקוררת באוויר. פתרונות קירור, כגון מאווררים וגופי קירור, הם גם שיטות נפוצות לקירור המערכת, אך בדרך כלל הם דורשים יותר מקום או צורך לשנות את העיצוב כדי לייעל את אפקט הקירור.

כדי לתכנן מערכת עם ביצועים תרמיים גבוהים יותר, לא מספיק לבחור במכשיר IC טוב ובפתרון סגור. ביצועי פיזור החום של ה-IC תלויים ב-PCB וביכולת של מערכת פיזור החום לקרר במהירות את התקני ה-IC. על ידי שימוש בשיטת הקירור הפסיבי לעיל, ניתן לשפר מאוד את ביצועי פיזור החום של המערכת.