Jūs esat iemācījušies PCB dzesēšanas tehnoloģiju

IC paketes paļaujas PCB siltuma izkliedēšanai. Kopumā PCB ir galvenā dzesēšanas metode lieljaudas pusvadītāju ierīcēm. Labam PCB siltuma izkliedes dizainam ir liela ietekme, tas var likt sistēmai darboties labi, bet var arī apglabāt slēptās termisko avāriju briesmas. Rūpīga apstrāde ar PCB izkārtojumu, plates struktūru un ierīces stiprinājumu var palīdzēt uzlabot siltuma izkliedes veiktspēju vidējas un lielas jaudas lietojumos.

ipcb

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. Daudzi lieli pusvadītāju uzņēmumi pārdod ierīces kā standarta sastāvdaļas, un starp ražotāju un gala lietojumprogrammu nav kontakta. Šajā gadījumā mēs varam izmantot tikai dažas vispārīgas vadlīnijas, lai palīdzētu sasniegt labu pasīvās siltuma izkliedes risinājumu IC un sistēmai.

Parastais pusvadītāju iepakojuma veids ir tukšs spilventiņš vai PowerPADTM pakete. Šajos iepakojumos mikroshēma ir uzstādīta uz metāla plāksnes, ko sauc par mikroshēmas spilventiņu. Šāda veida mikroshēmas atbalsta mikroshēmu mikroshēmu apstrādes procesā, un tas ir arī labs siltuma ceļš ierīces siltuma izkliedēšanai. Kad iepakotais tukšais spilventiņš ir metināts pie PCB, siltums ātri izplūst no iepakojuma un PCB. Pēc tam siltums caur PCB slāņiem tiek izkliedēts apkārtējā gaisā. 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. Jāuzmanās, lai PCB būtu atdalītas temperatūras jutīgās sastāvdaļas no lieljaudas komponentiem. Ja vien iespējams, lieljaudas komponenti jāatrodas prom no PCB stūriem. Starpposma PCB pozīcija maksimāli palielina plāksnes laukumu ap lieljaudas komponentiem, tādējādi palīdzot izkliedēt siltumu. 2. attēlā 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. Lielākajai daļai lietojumu mūsdienās sistēmas kopējais tilpums samazinās, negatīvi ietekmējot siltuma izkliedes veiktspēju. Lielākiem PCBS ir lielāka virsmas platība, ko var izmantot siltuma pārnesei, bet tiem ir arī lielāka elastība, lai atstātu pietiekami daudz vietas starp lieljaudas komponentiem.

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. Slāņu vadu izvietojums arī palielina siltuma vadīšanai izmantotā vara kopējo īpatnējo svaru. 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. Dažādam siltumvadītspējas plāksnes izmēram ir liela ietekme uz siltuma veiktspēju. Tabulu produkta datu lapā parasti ir uzskaitītas šīs dimensijas. Bet ir grūti noteikt pievienotā vara ietekmi uz pielāgotu PCBS. Izmantojot tiešsaistes kalkulatorus, lietotāji var izvēlēties ierīci un mainīt vara spilventiņa izmēru, lai novērtētu tā ietekmi uz PCB, kas nav JEDEC, siltuma veiktspēju. Šie aprēķinu rīki izceļ to, cik lielā mērā PCB dizains ietekmē siltuma izkliedes veiktspēju. Četru sānu iepakojumiem, kur augšējā spilventiņa laukums ir tikai mazāks par ierīces tukšo spilventiņu laukumu, iegulšana vai aizmugurējais slānis ir pirmā metode, lai panāktu labāku dzesēšanu. Divkāršiem rindas iepakojumiem mēs varam izmantot spilventiņu “suņa kauls”, lai izkliedētu siltumu.

Visbeidzot, dzesēšanai var izmantot arī sistēmas ar lielāku PCBS. Skrūves, ko izmanto PCB montāžai, var arī nodrošināt efektīvu termisko piekļuvi sistēmas pamatnei, kad tās ir savienotas ar termoplate un zemes slāni. 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.