IC paketes paļaujas PCB siltuma izkliedēšanai. 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. Rūpīga apstrāde ar PCB izkārtojumu, plates struktūru un ierīces stiprinājumu var palīdzēt uzlabot siltuma izkliedes veiktspēju vidējas un lielas jaudas lietojumos.

Pusvadītāju ražotājiem ir grūtības kontrolēt sistēmas, kas izmanto viņu ierīces. Tomēr sistēmai ar instalētu IC ir izšķiroša nozīme ierīces vispārējā darbībā. Pielāgotām IC ierīcēm sistēmas projektētājs parasti cieši sadarbojas ar ražotāju, lai nodrošinātu, ka sistēma atbilst daudzjaudas jaudas ierīču siltuma izkliedes prasībām. Šī agrīnā sadarbība nodrošina, ka IC atbilst elektriskajiem un veiktspējas standartiem, vienlaikus nodrošinot pareizu darbību klienta dzesēšanas sistēmā. Many large semiconductor companies sell devices as standard components, and there is no contact between the manufacturer and the end application. Šajā gadījumā mēs varam izmantot tikai dažas vispārīgas vadlīnijas, lai palīdzētu sasniegt labāku pasīvās siltuma izkliedes risinājumu IC un sistēmai.

Kā izveidot PCB siltuma izkliedi

Parastais pusvadītāju iepakojuma veids ir tukšs spilventiņš vai PowerPADTM pakete. In these packages, the chip is mounted on a metal plate called a chip pad. Šāda veida mikroshēmas atbalsta mikroshēmu mikroshēmu apstrādes procesā, un tas ir arī labs siltuma ceļš ierīces siltuma izkliedēšanai. 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. Plikas spilventiņu paketes parasti aptuveni 80% siltuma pārnes PCB caur iepakojuma apakšējo daļu. Atlikušie 20% siltuma izdalās caur ierīces vadiem un dažādām iepakojuma pusēm. Caur iepakojuma augšpusi izplūst mazāk nekā 1% siltuma. Attiecībā uz šiem tukšo paliktņu iepakojumiem labs PCB siltuma izkliedes dizains ir būtisks, lai nodrošinātu noteiktu ierīces darbību.

Pirmais PCB dizaina aspekts, kas uzlabo siltuma veiktspēju, ir PCB ierīces izkārtojums. Kad vien iespējams, PCB lieljaudas komponenti ir jāatdala viens no otra. Šis fiziskais attālums starp lieljaudas komponentiem palielina PCB laukumu ap katru lieljaudas komponentu, kas palīdz sasniegt labāku siltuma pārnesi. Care should be taken to separate temperature sensitive components from high power components on the PCB. Ja vien iespējams, lieljaudas komponenti jāatrodas prom no PCB stūriem. Starpposma PCB pozīcija maksimāli palielina plāksnes laukumu ap lieljaudas komponentiem, tādējādi palīdzot izkliedēt siltumu. Parādītas divas identiskas pusvadītāju ierīces: komponenti A un B. Komponentam A, kas atrodas PCB stūrī, ir A mikroshēmas savienojuma temperatūra par 5% augstāka nekā komponentam B, kas ir novietots centrālāk. Siltuma izkliedi A komponenta stūrī ierobežo mazākā paneļa platība ap komponentu, ko izmanto siltuma izkliedēšanai.

Otrs aspekts ir PCB struktūra, kurai ir vislielākā ietekme uz PCB konstrukcijas siltuma veiktspēju. Parasti, jo vairāk vara ir PCB, jo augstāka ir sistēmas komponentu termiskā veiktspēja. Ideāla siltuma izkliedes situācija pusvadītāju ierīcēm ir tāda, ka mikroshēma ir uzstādīta uz liela vara ar šķidrumu atdzesētu bloku. Lielākajai daļai lietojumprogrammu tas nav praktiski, tāpēc mums bija jāveic citas izmaiņas PCB, lai uzlabotu siltuma izkliedi. 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.

Kad vien iespējams, maksimāli palieliniet PCB vara slāņu skaitu un biezumu. Zemējuma vara svars parasti ir liels, kas ir lielisks siltuma ceļš visai PCB siltuma izkliedei. The arrangement of the wiring of the layers also increases the total specific gravity of copper used for heat conduction. Tomēr šī elektroinstalācija parasti ir elektriski izolēta, ierobežojot tās izmantošanu kā potenciālu siltuma izlietni. Ierīces zemējuma vadam jābūt pēc iespējas elektriskākam pēc iespējas vairākiem zemējuma slāņiem, lai maksimāli palielinātu siltuma vadītspēju. Siltuma izkliedes caurumi PCB zem pusvadītāju ierīces palīdz siltumam iekļūt iegultos PCB slāņos un pāriet uz plāksnes aizmuguri.

PCB augšējais un apakšējais slānis ir “galvenās vietas”, lai uzlabotu dzesēšanas veiktspēju. Izmantojot platākus vadus un novirzot to prom no lieljaudas ierīcēm, var nodrošināt siltuma ceļu siltuma izkliedēšanai. Īpaša siltuma vadīšanas plāksne ir lieliska metode PCB siltuma izkliedēšanai. Siltumvadošā plāksne atrodas PCB augšpusē vai aizmugurē, un tā ir termiski savienota ar ierīci, izmantojot tiešu vara savienojumu vai siltuma caurumu. Iekšējā iepakojuma gadījumā (tikai ar vadiem abās iepakojuma pusēs) siltuma vadīšanas plāksni var novietot PCB augšpusē, veidojot “suņa kaulu” (vidus ir tik šaurs kā iepakojums, vara attālumā no iepakojuma ir liela platība, maza vidū un liela abos galos). Četru pušu iepakojuma gadījumā (ar vadiem visās četrās pusēs) siltuma vadīšanas plāksnei jāatrodas PCB aizmugurē vai PCB iekšpusē.

Siltuma vadīšanas plāksnes izmēra palielināšana ir lielisks veids, kā uzlabot PowerPAD pakotņu siltuma veiktspēju. Different size of heat conduction plate has great influence on thermal performance. Tabulas izstrādājumu datu lapā parasti ir uzskaitītas šīs dimensijas. Bet ir grūti noteikt pievienotā vara ietekmi uz pielāgotu PCBS. 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. Šie aprēķinu rīki izceļ to, cik lielā mērā PCB dizains ietekmē siltuma izkliedes veiktspēju. 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. Divkāršiem rindas iepakojumiem mēs varam izmantot spilventiņu “suņa kauls”, lai izkliedētu siltumu.

Visbeidzot, dzesēšanai var izmantot arī sistēmas ar lielāku PCBS. 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. Ņemot vērā siltumvadītspēju un izmaksas, skrūvju skaits ir jāpalielina līdz atdeves samazināšanai. Metāla PCB stingrinātājam ir vairāk dzesēšanas laukuma pēc tam, kad tas ir pievienots termoplatei. Dažos gadījumos, kad PCB korpusam ir apvalks, B tipa lodēšanas plākstera materiālam ir augstāka termiskā veiktspēja nekā ar gaisu dzesējamam apvalkam. Sistēmas dzesēšanai parasti izmanto arī dzesēšanas risinājumus, piemēram, ventilatorus un spuras, taču, lai optimizētu dzesēšanu, tiem bieži vien ir nepieciešams vairāk vietas vai nepieciešami dizaina pārveidojumi.

Lai izstrādātu sistēmu ar augstu termisko veiktspēju, nepietiek izvēlēties labu IC ierīci un slēgtu risinājumu. IC dzesēšanas veiktspējas plānošana ir atkarīga no PCB un dzesēšanas sistēmas jaudas, lai ļautu IC ierīcēm ātri atdzist. Iepriekš minētā pasīvās dzesēšanas metode var ievērojami uzlabot sistēmas siltuma izkliedes veiktspēju.