Gebruiksaanwijzing PCB voor IC-pakket warmteafvoer?

Het eerste aspect van PCB-ontwerp dat de thermische prestaties kan verbeteren, is de lay-out van het PCB-apparaat. Waar mogelijk moeten hoogvermogencomponenten op de printplaat van elkaar worden gescheiden. Deze fysieke scheiding tussen high-power componenten maximaliseert het PCB-gebied rond elke high-power component, waardoor een betere warmtegeleiding wordt bereikt. Er moet voor worden gezorgd dat temperatuurgevoelige componenten op de printplaat worden geïsoleerd van componenten met een hoog vermogen. Waar mogelijk moet de installatielocatie van componenten met een hoog vermogen ver weg zijn van de hoeken van de printplaat. Een meer centrale PCB-locatie kan het bordgebied rond krachtige componenten maximaliseren, waardoor de warmte wordt afgevoerd. Afbeelding 2 toont twee identieke halfgeleidercomponenten: component A en component B. Component A bevindt zich in de hoek van de printplaat en heeft een die junction-temperatuur die 5% hoger is dan die van component B, omdat component B dichter bij het midden is geplaatst. Omdat het plaatoppervlak rond het onderdeel voor warmteafvoer kleiner is, is de warmteafvoer op de hoek van onderdeel A beperkt.

Hoe PCB te gebruiken voor warmteafvoer van IC-pakketten?

Het tweede aspect is de structuur van de PCB, die de meest beslissende invloed heeft op de thermische prestaties van het PCB-ontwerp. Het algemene principe is: hoe meer koper in de printplaat, hoe hoger de thermische prestatie van de systeemcomponenten. De ideale warmteafvoersituatie voor halfgeleidercomponenten is dat de chip is gemonteerd op een groot stuk vloeistofgekoeld koper. Voor de meeste toepassingen is deze montagemethode onpraktisch, dus we kunnen alleen enkele andere wijzigingen aan de PCB aanbrengen om de warmteafvoerprestaties te verbeteren. Voor de meeste toepassingen van vandaag blijft het totale volume van het systeem krimpen, wat een negatief effect heeft op de warmteafvoerprestaties. Hoe groter de PCB, hoe groter het gebied dat kan worden gebruikt voor warmtegeleiding, en het heeft ook meer flexibiliteit, waardoor er voldoende ruimte is tussen de krachtige componenten.

Maximaliseer waar mogelijk het aantal en de dikte van de koperen aardvlakken van PCB’s. Het gewicht van het koper van de grondlaag is over het algemeen relatief groot en het is een uitstekend thermisch pad voor de hele PCB om warmte af te voeren. De opstelling van de bedrading voor elke laag zal ook het totale aandeel koper dat voor warmtegeleiding wordt gebruikt, vergroten. Deze bedrading is echter meestal elektrisch en thermisch geïsoleerd, wat haar rol als potentiële warmteafvoerlaag beperkt. De bedrading van het aardingsvlak van het apparaat moet zo elektrisch mogelijk zijn met veel aardingsvlakken, om de warmtegeleiding te maximaliseren. De warmteafvoer via’s op de PCB onder het halfgeleiderapparaat helpen warmte om de begraven lagen van de PCB binnen te gaan en naar de achterkant van de printplaat te geleiden.

Om de warmteafvoerprestaties te verbeteren, zijn de bovenste en onderste lagen van de PCB “gouden locaties”. Gebruik bredere draden en leid ze weg van apparaten met een hoog vermogen om een ​​thermisch pad voor warmteafvoer te bieden. Het speciale thermische bord is een uitstekende methode voor de warmteafvoer van PCB’s. Het thermische bord bevindt zich over het algemeen aan de boven- of achterkant van de printplaat en is thermisch verbonden met het apparaat via directe koperen verbindingen of thermische via’s. In het geval van een inline-pakket (pakketten met kabels aan beide zijden), kan dit soort warmtegeleidingsbord op de bovenkant van de PCB worden geplaatst en de vorm hebben van een “hondenbot” (het midden is zo smal als het pakket, en de gebied van de verpakking is relatief klein (groot, klein in het midden en groot aan de uiteinden). Bij een vierzijdige verpakking (aan alle vier de zijden zitten snoeren) moet de warmtegeleidende plaat zich aan de achterkant van de printplaat bevinden of in de printplaat gaan.

Hoe PCB te gebruiken voor warmteafvoer van IC-pakketten?

Het vergroten van het thermische bord is een uitstekende manier om de thermische prestaties van het PowerPAD-pakket te verbeteren. Verschillende afmetingen van warmtegeleidingsplaten hebben een grote invloed op de thermische prestaties. Het productinformatieblad dat in de vorm van een tabel wordt verstrekt, geeft over het algemeen deze maatinformatie weer. Het is echter moeilijk om de impact van het toegevoegde koper van aangepaste PCB’s te kwantificeren. Met behulp van enkele online rekenmachines kunnen gebruikers een apparaat selecteren en vervolgens de grootte van de koperen pad wijzigen om de impact ervan op de warmteafvoerprestaties van niet-JEDEC-printplaten te schatten. Deze rekenhulpmiddelen benadrukken de impact van PCB-ontwerp op thermische prestaties. Voor een vierzijdig pakket is het gebied van het bovenste kussen net kleiner dan het gebied van het blootgestelde kussen van het apparaat. In dit geval is de ingegraven of achterste laag de eerste manier om een ​​betere koeling te bereiken. Voor dubbele in-line pakketten kunnen we een “hondenbot” -padstijl gebruiken om warmte af te voeren.

Ten slotte kunnen ook systemen met grotere printplaten worden gebruikt voor koeling. In het geval dat de schroeven zijn verbonden met de warmtegeleidende plaat en het aardingsvlak voor warmteafvoer, kunnen sommige schroeven die worden gebruikt om de printplaat te monteren, ook effectieve warmtepaden naar de systeembasis worden. Gezien het warmtegeleidingseffect en de kosten, moet het aantal schroeven de maximale waarde zijn die het punt bereikt waarop het rendement afneemt. Na te zijn aangesloten op de warmtegeleidende plaat, heeft de metalen PCB-versterkingsplaat meer koeloppervlak. Voor sommige toepassingen waarbij de printplaat is bedekt met een schaal, heeft het type gecontroleerde lasreparatiemateriaal een hogere thermische prestatie dan de luchtgekoelde schaal. Koeloplossingen, zoals ventilatoren en koellichamen, zijn ook gebruikelijke methoden voor systeemkoeling, maar ze vereisen meestal meer ruimte of moeten het ontwerp aanpassen om het koeleffect te optimaliseren.

Om een ​​systeem met hogere thermische prestaties te ontwerpen, volstaat het niet om een ​​goed IC-apparaat en een gesloten oplossing te kiezen. De warmteafvoerprestaties van het IC zijn afhankelijk van de PCB en het vermogen van het warmteafvoersysteem om de IC-apparaten snel af te koelen. Door de bovenstaande passieve koelmethode te gebruiken, kunnen de warmteafvoerprestaties van het systeem aanzienlijk worden verbeterd.