Pakej IC bergantung BPA untuk pelesapan haba. 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. Pengendalian susun atur PCB, struktur papan, dan pemasangan peranti dengan teliti dapat membantu meningkatkan prestasi pelesapan haba untuk aplikasi berkuasa tinggi dan sederhana.

Pengilang semikonduktor sukar mengawal sistem yang menggunakan perantinya. Walau bagaimanapun, sistem dengan pemasangan IC sangat penting untuk keseluruhan prestasi peranti. Untuk peranti IC tersuai, pereka sistem biasanya bekerjasama rapat dengan pengeluar untuk memastikan sistem ini memenuhi banyak keperluan pelesapan haba peranti berkuasa tinggi. Kerjasama awal ini memastikan bahawa IC memenuhi standard elektrik dan prestasi, sambil memastikan operasi yang betul dalam sistem penyejukan pelanggan. Many large semiconductor companies sell devices as standard components, and there is no contact between the manufacturer and the end application. Dalam kes ini, kita hanya dapat menggunakan beberapa panduan umum untuk membantu mencapai penyelesaian pelesapan haba pasif yang lebih baik untuk IC dan sistem.

Cara merancang pelesapan haba untuk PCB

Jenis pakej semikonduktor yang biasa adalah pad kosong atau pakej PowerPADTM. In these packages, the chip is mounted on a metal plate called a chip pad. Pad cip jenis ini menyokong cip dalam proses pemprosesan cip, dan juga merupakan jalan terma yang baik untuk pelesapan haba peranti. 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. Pakej alas telanjang biasanya memindahkan sekitar 80% haba ke dalam PCB melalui bahagian bawah bungkusan. Selebihnya 20% haba dipancarkan melalui wayar peranti dan pelbagai sisi bungkusan. Kurang daripada 1% panas keluar dari bahagian atas bungkusan. Sekiranya terdapat bungkusan telanjang, reka bentuk pelesapan haba PCB yang baik adalah mustahak untuk memastikan prestasi peranti tertentu.

Aspek pertama reka bentuk PCB yang meningkatkan prestasi termal adalah susun atur peranti PCB. Sekiranya boleh, komponen berkuasa tinggi pada PCB harus dipisahkan antara satu sama lain. Jarak fizikal antara komponen berkuasa tinggi memaksimumkan kawasan PCB di sekitar setiap komponen kuasa tinggi, yang membantu mencapai pemindahan haba yang lebih baik. Care should be taken to separate temperature sensitive components from high power components on the PCB. Seboleh-bolehnya, komponen berkuasa tinggi harus berada jauh dari sudut PCB. Kedudukan PCB yang lebih menengah memaksimumkan kawasan papan di sekitar komponen berkuasa tinggi, sehingga membantu menghilangkan haba. Dua peranti semikonduktor yang serupa ditunjukkan: komponen A dan B. Komponen A, yang terletak di sudut PCB, mempunyai suhu persimpangan cip A 5% lebih tinggi daripada komponen B, yang diposisikan lebih berpusat. Pelesapan haba di sudut komponen A dibatasi oleh kawasan panel yang lebih kecil di sekitar komponen yang digunakan untuk pelesapan haba.

Aspek kedua adalah struktur PCB, yang mempunyai pengaruh paling menentukan terhadap prestasi terma reka bentuk PCB. Sebagai peraturan umum, semakin banyak tembaga yang dimiliki PCB, semakin tinggi prestasi terma komponen sistem. Keadaan pelesapan haba yang ideal untuk peranti semikonduktor adalah bahawa cip dipasang pada blok besar tembaga yang disejukkan dengan cecair. Ini tidak praktikal untuk kebanyakan aplikasi, jadi kami harus membuat perubahan lain pada PCB untuk memperbaiki pelesapan haba. 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.

Sekiranya boleh, maksimumkan bilangan dan ketebalan lapisan tembaga PCB. Berat tembaga pembumian umumnya besar, yang merupakan jalan terma yang sangat baik untuk keseluruhan pelesapan haba PCB. The arrangement of the wiring of the layers also increases the total specific gravity of copper used for heat conduction. Walau bagaimanapun, pendawaian ini biasanya bertebat elektrik, membataskan penggunaannya sebagai pendingin panas yang berpotensi. Pembumian peranti hendaklah disambungkan secara elektrik sebanyak mungkin ke lapisan pembumian sebanyak mungkin untuk membantu memaksimumkan pengaliran haba. Lubang pelesapan haba pada PCB di bawah peranti semikonduktor membantu haba memasuki lapisan tertanam PCB dan pindahkan ke bahagian belakang papan.

Lapisan atas dan bawah PCB adalah “lokasi utama” untuk peningkatan prestasi penyejukan. Menggunakan wayar yang lebih luas dan menjauhkan diri dari peranti berkuasa tinggi dapat menyediakan jalan terma untuk pelepasan haba. Papan pengaliran haba khas adalah kaedah yang sangat baik untuk penyebaran haba PCB. Plat konduktif terma terletak di bahagian atas atau belakang PCB dan disambungkan secara termal ke peranti melalui sambungan tembaga langsung atau lubang melalui terma. Dalam kes pembungkusan sebaris (hanya dengan petunjuk di kedua sisi bungkusan), plat konduksi panas boleh terletak di bahagian atas PCB, berbentuk seperti “tulang anjing” (tengahnya sempit seperti bungkusan, tembaga dari bungkusan mempunyai kawasan yang luas, kecil di tengah dan besar di kedua hujungnya). Bagi pakej empat sisi (dengan plumbum di keempat sisi), plat konduksi haba mesti terletak di bahagian belakang PCB atau di dalam PCB.

Menambah saiz plat konduksi haba adalah kaedah terbaik untuk meningkatkan prestasi terma pakej PowerPAD. Different size of heat conduction plate has great influence on thermal performance. Lembaran data produk berjadual biasanya menyenaraikan dimensi ini. Tetapi mengukur kesan tembaga tambahan pada PCBS tersuai adalah sukar. 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. Alat pengiraan ini menunjukkan sejauh mana reka bentuk PCB mempengaruhi prestasi pelesapan haba. 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. Untuk pakej in-line berganda, kita dapat menggunakan gaya pad “tulang anjing” untuk menghilangkan panas.

Akhirnya, sistem dengan PCBS yang lebih besar juga dapat digunakan untuk penyejukan. 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. Memandangkan kekonduksian terma dan kos, bilangan skru harus dimaksimumkan sehingga pengembalian berkurang. Pengeras PCB logam mempunyai lebih banyak kawasan penyejukan setelah disambungkan ke plat termal. Untuk beberapa aplikasi di mana perumahan PCB mempunyai cengkerang, bahan tampalan solder TYPE B mempunyai prestasi terma yang lebih tinggi daripada shell yang didinginkan udara. Penyelesaian penyejukan, seperti kipas dan sirip, juga biasa digunakan untuk penyejukan sistem, tetapi mereka sering memerlukan lebih banyak ruang atau memerlukan modifikasi reka bentuk untuk mengoptimumkan penyejukan.

Untuk merancang sistem dengan prestasi terma yang tinggi, tidak cukup memilih peranti IC yang baik dan penyelesaian tertutup. Penjadualan prestasi penyejukan IC bergantung pada PCB dan kapasiti sistem penyejukan untuk membolehkan peranti IC sejuk dengan cepat. Kaedah penyejukan pasif yang dinyatakan di atas dapat meningkatkan prestasi pelesapan haba sistem.