חבילות IC מסתמכות על PCB לפיזור חום. In general, PCB is the main cooling method for high power semiconductor devices. A good PCB heat dissipation design has a great impact, it can make the system run well, but also can bury the hidden danger of thermal accidents. טיפול זהיר בפריסת PCB, מבנה הלוח והתקנת המכשיר יכול לסייע בשיפור ביצועי פיזור החום ביישומים בעלי עוצמה בינונית ועוצמה גבוהה.

יצרני מוליכים למחצה מתקשים לשלוט במערכות המשתמשות במכשירים שלהם. עם זאת, מערכת עם מותקן IC היא קריטית לביצועי המכשיר הכוללים. עבור התקני IC מותאמים אישית, מעצב המערכת בדרך כלל עובד בשיתוף פעולה הדוק עם היצרן כדי להבטיח שהמערכת תעמוד בדרישות פיזור החום הרבות של מכשירים בעלי הספק גבוה. שיתוף פעולה מוקדם זה מבטיח כי ה- IC עומד בתקני חשמל וביצועים, תוך הקפדה על תפעול תקין בתוך מערכת הקירור של הלקוח. Many large semiconductor companies sell devices as standard components, and there is no contact between the manufacturer and the end application. במקרה זה, אנו יכולים להשתמש רק בכמה קווים מנחים כלליים כדי לסייע בהשגת פתרון פסיבי חום פסיבי טוב יותר עבור IC ומערכת.

כיצד לעצב פיזור חום ל- PCB

סוג חבילת מוליכים למחצה נפוצה היא כרית חשופה או חבילת PowerPADTM. In these packages, the chip is mounted on a metal plate called a chip pad. סוג זה של שבב תומך בשבב בתהליך עיבוד שבבים, והוא גם מסלול תרמי טוב לפיזור חום המכשיר. When the packaged bare pad is welded to the PCB, heat is quickly exited from the package and into the PCB. The heat is then dissipated through the PCB layers into the surrounding air. חבילות כריות חשופות מעבירות בדרך כלל כ -80% מהחום אל ה- PCB דרך תחתית האריזה. 20% החום הנותרים נפלטים דרך חוטי המכשיר וצדדים שונים של האריזה. פחות מ -1% מהחום בורח מהחלק העליון של האריזה. במקרה של חבילות כריות חשופות אלה, עיצוב טוב של פיזור חום PCB חיוני להבטחת ביצועי מכשיר מסוימים.

ההיבט הראשון בעיצוב PCB המשפר את הביצועים התרמיים הוא פריסת מכשיר ה- PCB. במידת האפשר, יש להפריד בין רכיבי העוצמה הגבוהה במחשב הלוח זה מזה. המרווח הפיזי הזה בין רכיבים בעלי הספק גבוה ממקסם את שטח ה- PCB סביב כל רכיב בעל הספק גבוה, מה שעוזר להשיג העברת חום טובה יותר. Care should be taken to separate temperature sensitive components from high power components on the PCB. בכל מקום אפשרי, רכיבים בעלי הספק גבוה צריכים להיות ממוקמים הרחק מפינות הלוח. מיקום PCB בינוני ממקסם את שטח הלוח סביב הרכיבים בעלי הספק גבוה, ובכך מסייע בפיזור החום. מוצגים שני התקני מוליכים למחצה זהים: רכיבים A ו- B. לרכיב A, הממוקם בפינת הלוח, טמפרטורת צומת A שבבים גבוהה ב -5% מהרכיב B, הממוקם באופן מרכזי יותר. פיזור החום בפינת רכיב A מוגבל על ידי שטח הלוח הקטן יותר סביב הרכיב המשמש לפיזור חום.

ההיבט השני הוא מבנה ה- PCB, בעל ההשפעה המכריעה ביותר על הביצועים התרמיים של עיצוב ה- PCB. ככלל, ככל שיש ל- PCB יותר נחושת כך הביצועים התרמיים של רכיבי המערכת גבוהים יותר. המצב פיזור החום האידיאלי עבור התקני מוליכים למחצה הוא שהשבב מותקן על גוש גדול של נחושת מקוררת בנוזל. זה לא מעשי עבור רוב היישומים, ולכן נאלצנו לבצע שינויים אחרים ב- PCB כדי לשפר את פיזור החום. For most applications today, the total volume of the system is shrinking, adversely affecting heat dissipation performance. Larger PCBS have more surface area that can be used for heat transfer, but also have more flexibility to leave enough space between high-power components.

במידת האפשר, למקסם את מספר ועובי שכבות הנחושת של PCB. משקל הנחושת הארקה הוא בדרך כלל גדול, שהוא מסלול תרמי מצוין עבור כל פיזור החום של ה- PCB. The arrangement of the wiring of the layers also increases the total specific gravity of copper used for heat conduction. עם זאת, חיווט זה בדרך כלל מבודד חשמלית, ומגביל את השימוש בו בתור גוף קירור פוטנציאלי. יש לחווט את הארקה של המכשיר בצורה החשמלית ככל האפשר לכמה שיותר שכבות הארקה בכדי לסייע למקסם את הולכת החום. חורי פיזור חום במעגל הלוח מתחת למכשיר המוליכים למחצה מסייעים לחום להיכנס לשכבות המשובצות של הלוח המודרני ולהעביר לחלק האחורי של הלוח.

השכבות העליונות והתחתונות של PCB הן “מיקומים ראשוניים” לשיפור ביצועי הקירור. שימוש בחוטים רחבים יותר וניתוק הרחק מהתקנים בעלי הספק גבוה יכול לספק נתיב תרמי לפיזור החום. לוח הובלת חום מיוחד הוא שיטה מצוינת לפיזור חום PCB. הצלחת המוליכה התרמית ממוקמת בחלקו העליון או האחורי של הלוח המודפס ומחוברת תרמית למכשיר באמצעות חיבור נחושת ישיר או חור תרמי. במקרה של אריזה מוטבעת (רק עם מוליכים משני צידי האריזה), ניתן למצוא את צלחת הולכת החום בחלק העליון של הלוח הלוח, בצורת “עצם כלב” (האמצע צר כמו האריזה, לנחושת הרחק מהחבילה יש שטח גדול, קטן באמצע וגדול משני קצותיו). במקרה של חבילה בעלת ארבעה צדדים (עם מוליכים מכל ארבעת הצדדים), לוחית הולכת החום חייבת להיות ממוקמת בחלק האחורי של הלוח המודרני או בתוך הלוח.

הגדלת גודל צלחת הולכת החום היא דרך מצוינת לשפר את הביצועים התרמיים של חבילות PowerPAD. Different size of heat conduction plate has great influence on thermal performance. דף נתוני מוצר טבלאי מפרט בדרך כלל את המידות הללו. אך קשה לכמת את ההשפעה של הוסיף נחושת על PCBS מותאם אישית. With online calculators, users can select a device and change the size of the copper pad to estimate its effect on the thermal performance of a non-JEDEC PCB. כלי חישוב אלה מדגישים את המידה שבה עיצוב PCB משפיע על ביצועי פיזור החום. For four-side packages, where the area of the top pad is just less than the bare pad area of the device, embedding or back layer is the first method to achieve better cooling. לאריזות כפולות בשורה, אנו יכולים להשתמש בסגנון כרית “עצם הכלב” כדי לפזר חום.

לבסוף, מערכות עם PCBS גדול יותר יכולות לשמש גם לקירור. The screws used to mount the PCB can also provide effective thermal access to the base of the system when connected to the thermal plate and ground layer. בהתחשב במוליכות התרמית ובעלות, יש למקסם את מספר הברגים עד כדי ירידה בתשואות. למקשה PCB המתכת יש שטח קירור רב יותר לאחר חיבורו לצלחת התרמית. עבור יישומים מסוימים בהם יש למעטפת PCB מעטפת, לחומר תיקון הלחמה מסוג TYPE B יש ביצועים תרמיים גבוהים יותר מהקליפה מקוררת האוויר. פתרונות קירור, כגון מאווררים וסנפירים, משמשים גם הם בדרך כלל לקירור מערכת, אך לעתים הם דורשים יותר מקום או דורשים שינויי עיצוב כדי לייעל את הקירור.

כדי לעצב מערכת בעלת ביצועים תרמיים גבוהים, לא מספיק לבחור מכשיר IC טוב ופתרון סגור. תזמון ביצועי הקירור של IC תלוי ב- PCB וביכולת מערכת הקירור כדי לאפשר למכשירי IC להתקרר במהירות. שיטת הקירור הפסיבי שהוזכר לעיל יכולה לשפר מאוד את ביצועי פיזור החום של המערכת.