IC packages rely on ПХБ за дисипација на топлина. 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. Внимателно ракување со распоредот на ПХБ, структурата на таблата и монтирањето на уредот може да помогне да се подобрат перформансите на дисипација на топлина за апликации со средна и висока моќност.

Производителите на полупроводници имаат тешкотии да ги контролираат системите што ги користат нивните уреди. However, a system with an IC installed is critical to overall device performance. За сопствени IC уреди, дизајнерот на системот обично работи тесно со производителот за да се осигура дека системот ги исполнува многуте барања за дисипација на топлина на уреди со висока моќност. This early collaboration ensures that the IC meets electrical and performance standards, while ensuring proper operation within the customer’s cooling system. Many large semiconductor companies sell devices as standard components, and there is no contact between the manufacturer and the end application. Во овој случај, можеме да користиме само некои општи упатства за да помогнеме да се постигне подобро решение за пасивна дисипација на топлина за ИЦ и системот.

Како да дизајнирате дисипација на топлина за ПХБ

Заеднички тип на пакет со полупроводници е гола подлога или пакет PowerPADTM. In these packages, the chip is mounted on a metal plate called a chip pad. Овој вид чип рампа го поддржува чипот во процесот на обработка на чипови, а исто така е добра термичка патека за дисипација на топлина на уредот. 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. Пакетите со голи подлоги обично пренесуваат околу 80% од топлината во ПХБ преку дното на пакетот. Останатите 20% од топлината се емитува преку жиците на уредот и различните страни на пакувањето. Less than 1% of the heat escapes through the top of the package. Во случај на овие пакети со голи подлоги, добриот дизајн на диспепција на топлина на ПХБ е од суштинско значење за да се обезбедат извесни перформанси на уредот.

Првиот аспект на дизајнот на ПХБ што ги подобрува термичките перформанси е распоредот на ПХБ -уредот. Секогаш кога е можно, компонентите со висока моќност на ПХБ треба да се одделат едни од други. Ова физичко растојание помеѓу компонентите со голема моќност ја максимизира областа на ПХБ околу секоја компонента со голема моќност, што помага да се постигне подобар пренос на топлина. Care should be taken to separate temperature sensitive components from high power components on the PCB. Секогаш кога е можно, компонентите со голема моќност треба да се наоѓаат подалеку од аглите на ПХБ. Попосредната позиција на ПХБ ја максимизира областа на таблата околу компонентите со голема моќност, а со тоа помага да се расфрла топлината. Прикажани се два идентични полупроводнички уреди: компоненти А и Б. Компонентата А, сместена во аголот на ПХБ, има температура на спој на чипови 5% повисока од компонентата Б, која е поставена поцентрално. Дисипацијата на топлина во аголот на компонентата А е ограничена со помалата површина на панелот околу компонентата што се користи за дисипација на топлина.

The second aspect is the structure of PCB, which has the most decisive influence on the thermal performance of PCB design. Како општо правило, колку повеќе бакар има ПХБ, толку се повисоки термичките перформанси на компонентите на системот. Идеалната ситуација за дисипација на топлина за полупроводнички уреди е дека чипот е монтиран на голем блок бакар течно ладен. Ова не е практично за повеќето апликации, па моравме да направиме други промени во ПХБ за да ја подобриме дисипацијата на топлина. 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.

Секогаш кога е можно, максимизирајте го бројот и дебелината на бакарните слоеви на ПХБ. Тежината на заземјување бакар е генерално голема, што е одлична термичка патека за целата дисперзија на топлина на ПХБ. The arrangement of the wiring of the layers also increases the total specific gravity of copper used for heat conduction. Сепак, ова ожичување обично е електрично изолирано, ограничувајќи ја неговата употреба како потенцијален ладилник. Заземјувањето на уредот треба да се поврзе што е можно по електрично со што е можно повеќе слоеви за заземјување за да се максимизира спроводливоста на топлината. Дупките за дисипација на топлина во ПХБ под полупроводничкиот уред помагаат топлината да влезе во вградените слоеви на ПХБ и да се пренесе на задниот дел од таблата.

Горниот и долниот слој на ПХБ се „главни локации“ за подобрени перформанси за ладење. Користењето пошироки жици и рутирање подалеку од уреди со голема моќност може да обезбеди термичка патека за дисипација на топлина. Специјалната плоча за спроводливост на топлина е одличен метод за дисипација на топлина од ПХБ. Плочата за топлинска спроводливост се наоѓа на горниот или задниот дел на ПХБ и е термички поврзана со уредот преку директна бакарна врска или термичка преку-дупка. Во случај на внатрешно пакување (само со кабли од двете страни на пакувањето), топлинската спроводлива плоча може да се наоѓа на врвот на ПХБ, обликувана како „кучешка коска“ (средината е тесна како и пакувањето, бакарот подалеку од пакувањето има голема површина, мала во средината и голема на двата краја). Во случај на пакет од четири страни (со кабли од сите четири страни), плочата за спроводливост на топлина мора да се наоѓа на задната страна на ПХБ или внатре во ПХБ.

Зголемувањето на големината на плочата за спроводливост на топлина е одличен начин за подобрување на топлинските перформанси на пакетите PowerPAD. Different size of heat conduction plate has great influence on thermal performance. Табеларен лист со податоци за производот обично ги наведува овие димензии. Но, тешко е да се измери влијанието на додаден бакар врз сопствениот 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. Овие алатки за пресметка ја истакнуваат степенот до кој дизајнот на ПХБ влијае врз перформансите на дисипација на топлина. 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. За двојни пакети преку Интернет, можеме да го користиме стилот на подлогата „кучешка коска“ за да ја одземеме топлината.

Конечно, системите со поголем PCBS може да се користат и за ладење. 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. Со оглед на топлинската спроводливост и трошоците, бројот на завртки треба да се максимизира до намалување на враќањето. Металниот PCB зацврстувач има поголема површина за ладење откако е поврзан со термичката плоча. За некои апликации каде што куќиштето на ПХБ има обвивка, материјалот за лемење TYPE B има повисоки термички перформанси од школка со воздушно ладење. Растворите за ладење, како што се вентилатори и перки, исто така најчесто се користат за системско ладење, но тие често бараат повеќе простор или бараат измени во дизајнот за да се оптимизира ладењето.

За да се дизајнира систем со високи термички перформанси, не е доволно да се избере добар IC уред и затворено решение. Распоредот на перформансите за ладење на IC зависи од ПХБ и капацитетот на системот за ладење за да им овозможи на IC уредите брзо да се изладат. Методот на пасивно ладење споменат погоре може во голема мера да ги подобри перформансите за дисипација на топлина на системот.