IC 패키지에 의존 PCB 열 분산을 위해. 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. PCB 레이아웃, 보드 구조 및 장치 실장을 주의 깊게 처리하면 중간 전력 및 고전력 애플리케이션의 방열 성능을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다.

반도체 제조업체는 자신의 장치를 사용하는 시스템을 제어하는 ​​데 어려움을 겪고 있습니다. 그러나 IC가 설치된 시스템은 전체 장치 성능에 매우 중요합니다. 맞춤형 IC 장치의 경우 시스템 설계자는 일반적으로 제조업체와 긴밀하게 협력하여 시스템이 고전력 장치의 많은 열 방출 요구 사항을 충족하는지 확인합니다. 이러한 조기 협력을 통해 IC는 전기 및 성능 표준을 충족하는 동시에 고객의 냉각 시스템 내에서 적절한 작동을 보장합니다. Many large semiconductor companies sell devices as standard components, and there is no contact between the manufacturer and the end application. 이 경우 IC 및 시스템에 대한 더 나은 수동 방열 솔루션을 달성하는 데 도움이 되는 몇 가지 일반적인 지침만 사용할 수 있습니다.

PCB의 방열 설계 방법

일반적인 반도체 패키지 유형은 베어 패드 또는 PowerPADTM 패키지입니다. In these packages, the chip is mounted on a metal plate called a chip pad. 이러한 종류의 칩 패드는 칩 처리 과정에서 칩을 지지하고 장치의 방열을 위한 좋은 열 경로이기도 합니다. 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. 베어 패드 패키지는 일반적으로 패키지 하단을 통해 열의 약 80%를 PCB로 전달합니다. 나머지 20%의 열은 장치 와이어와 패키지의 다양한 측면을 통해 방출됩니다. 열의 1% 미만이 패키지 상단을 통해 빠져나갑니다. 이러한 베어 패드 패키지의 경우 특정 장치 성능을 보장하려면 우수한 PCB 방열 설계가 필수적입니다.

열 성능을 향상시키는 PCB 설계의 첫 번째 측면은 PCB 장치 레이아웃입니다. 가능할 때마다 PCB의 고전력 부품은 서로 분리되어야 합니다. 고전력 구성 요소 사이의 이러한 물리적 간격은 각 고전력 구성 요소 주변의 PCB 영역을 최대화하여 더 나은 열 전달을 달성하는 데 도움이 됩니다. Care should be taken to separate temperature sensitive components from high power components on the PCB. 가능한 한 고전력 부품은 PCB 모서리에서 멀리 떨어진 곳에 배치해야 합니다. 보다 중간에 위치한 PCB 위치는 고전력 부품 주변의 기판 영역을 최대화하여 열을 발산하는 데 도움이 됩니다. 두 개의 동일한 반도체 장치인 구성 요소 A와 B가 표시됩니다. PCB 모서리에 위치한 부품 A는 더 중앙에 위치한 부품 B보다 A 칩 접합 온도가 5% 더 높습니다. 부품 A 모서리의 방열은 방열에 사용되는 부품 주변의 더 작은 패널 영역에 의해 제한됩니다.

두 번째 측면은 PCB 설계의 열 성능에 가장 결정적인 영향을 미치는 PCB의 구조입니다. 일반적으로 PCB에 구리가 많을수록 시스템 구성 요소의 열 성능이 높아집니다. 반도체 장치의 이상적인 방열 상황은 칩이 액체 냉각 구리의 큰 블록에 장착되는 것입니다. 이것은 대부분의 응용 분야에서 실용적이지 않으므로 열 분산을 개선하기 위해 PCB에 다른 변경 사항을 적용해야 했습니다. 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.

가능하면 PCB 구리 층의 수와 두께를 최대화하십시오. 접지 구리의 무게는 일반적으로 크며 이는 전체 PCB 방열을 위한 우수한 열 경로입니다. The arrangement of the wiring of the layers also increases the total specific gravity of copper used for heat conduction. 그러나 이 배선은 일반적으로 전기적으로 절연되어 잠재적인 방열판으로 사용이 제한됩니다. 장치 접지는 열 전도를 최대화하는 데 도움이 되도록 가능한 한 많은 접지 레이어에 전기적으로 배선되어야 합니다. 반도체 장치 아래의 PCB에 있는 방열 구멍은 열이 PCB의 임베디드 레이어로 들어가 보드 후면으로 전달되도록 도와줍니다.

PCB의 상단 및 하단 레이어는 냉각 성능 향상을 위한 “주요 위치”입니다. 더 넓은 와이어를 사용하고 고전력 장치에서 멀리 라우팅하면 열 분산을 위한 열 경로를 제공할 수 있습니다. 특수 열전도 보드는 PCB 방열에 탁월한 방법입니다. 열전도판은 PCB의 상단 또는 후면에 위치하며 직접 구리 연결 또는 열 관통 구멍을 통해 장치에 열적으로 연결됩니다. 인라인 패키징의 경우(패키지 양면에 리드만 있음) 열전도판은 “개뼈” 모양의 PCB 상단에 위치할 수 있습니다(중간은 패키지만큼 좁고, 패키지에서 떨어진 구리는 중앙이 작고 양쪽 끝이 큰 넓은 영역을 가지고 있습니다. XNUMX면 패키지(XNUMX면 모두에 리드 포함)의 경우 열전도판은 PCB 후면 또는 PCB 내부에 위치해야 합니다.

열전도판의 크기를 늘리는 것은 PowerPAD 패키지의 열 성능을 향상시키는 훌륭한 방법입니다. Different size of heat conduction plate has great influence on thermal performance. 표 형식의 제품 데이터 시트에는 일반적으로 이러한 차원이 나열되어 있습니다. 그러나 추가된 구리가 맞춤형 PCBS에 미치는 영향을 정량화하는 것은 어렵습니다. 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. 이러한 계산 도구는 PCB 설계가 방열 성능에 영향을 미치는 정도를 강조합니다. 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. 이중 인라인 패키지의 경우 “도그 본” 패드 스타일을 사용하여 열을 발산할 수 있습니다.

마지막으로 더 큰 PCBS가 있는 시스템도 냉각에 사용할 수 있습니다. 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. 열전도율과 비용을 고려하여 나사의 수는 수확체감의 지점까지 최대화되어야 합니다. 금속 PCB 보강재는 열판에 연결된 후 더 많은 냉각 영역이 있습니다. PCB 하우징에 셸이 있는 일부 애플리케이션의 경우 TYPE B 솔더 패치 재료는 공랭식 셸보다 열 성능이 더 높습니다. 팬 및 핀과 같은 냉각 솔루션도 시스템 냉각에 일반적으로 사용되지만 냉각을 최적화하기 위해 더 많은 공간이 필요하거나 설계 수정이 필요한 경우가 많습니다.

열 성능이 높은 시스템을 설계하려면 우수한 IC 장치와 폐쇄형 솔루션을 선택하는 것만으로는 충분하지 않습니다. IC 냉각 성능 일정은 PCB와 IC 장치를 빠르게 냉각할 수 있는 냉각 시스템의 용량에 따라 달라집니다. 위에서 언급한 수동 냉각 방식은 시스템의 방열 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다.