Teknologi penyejukan PCB telah anda pelajari

Pakej IC bergantung BPA untuk pelesapan haba. Secara umum, PCB adalah kaedah penyejukan utama untuk peranti semikonduktor berkuasa tinggi. Reka bentuk pelesapan haba PCB yang baik memberi kesan besar, ia dapat menjadikan sistem berjalan dengan baik, tetapi juga dapat menguburkan bahaya tersembunyi dari kemalangan terma. Pengendalian susun atur PCB, struktur papan, dan pemasangan peranti dengan teliti dapat membantu meningkatkan prestasi pelesapan haba untuk aplikasi berkuasa tinggi dan sederhana.

ipcb

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. Banyak syarikat semikonduktor besar menjual peranti sebagai komponen standard, dan tidak ada hubungan antara pengeluar dan aplikasi akhir. Dalam kes ini, kita hanya dapat menggunakan beberapa panduan umum untuk membantu mencapai penyelesaian pelesapan haba pasif yang baik untuk IC dan sistem.

Jenis pakej semikonduktor yang biasa adalah pad kosong atau pakej PowerPADTM. Dalam bungkusan ini, cip dipasang pada plat logam yang disebut chip pad. Pad cip jenis ini menyokong cip dalam proses pemprosesan cip, dan juga merupakan jalan terma yang baik untuk pelesapan haba peranti. Apabila pad kosong yang dikemas dikimpal ke PCB, haba keluar dengan cepat dari bungkusan dan ke dalam PCB. Panas kemudian disebarkan melalui lapisan PCB ke udara sekitarnya. 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. Perhatian harus diambil untuk memisahkan komponen sensitif suhu dari komponen berkuasa tinggi pada 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. Rajah 2 menunjukkan dua peranti semikonduktor yang serupa: 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. Bagi kebanyakan aplikasi hari ini, jumlah keseluruhan sistem menyusut, yang memberi kesan buruk kepada prestasi pelesapan haba. PCBS yang lebih besar mempunyai lebih banyak luas permukaan yang dapat digunakan untuk pemindahan haba, tetapi juga mempunyai lebih banyak fleksibilitas untuk meninggalkan ruang yang cukup antara komponen berkuasa tinggi.

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. Susunan pendawaian lapisan juga meningkatkan graviti spesifik tembaga yang digunakan untuk pengaliran haba. 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. Saiz plat konduksi haba yang berbeza mempunyai pengaruh besar terhadap prestasi terma. Lembaran data produk berjadual biasanya menyenaraikan dimensi ini. Tetapi mengukur kesan tembaga tambahan pada PCBS tersuai adalah sukar. Dengan kalkulator dalam talian, pengguna dapat memilih peranti dan menukar ukuran pad tembaga untuk mengira kesannya terhadap prestasi terma PCB bukan JEDEC. Alat pengiraan ini menunjukkan sejauh mana reka bentuk PCB mempengaruhi prestasi pelesapan haba. Untuk pakej empat sisi, di mana luas pad bahagian atas hanya kurang daripada kawasan pad telanjang peranti, lapisan penyisipan atau belakang adalah kaedah pertama untuk mencapai penyejukan yang lebih baik. 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. Skru yang digunakan untuk memasang PCB juga dapat memberikan akses terma yang efektif ke dasar sistem ketika disambungkan ke plat termal dan lapisan tanah. 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.