Hvordan bruke PCB for IC-pakke varmeavledning?

Det første aspektet av PCB-design som kan forbedre termisk ytelse er PCB-enhetens layout. Når det er mulig, bør høyeffektkomponenter på PCB-en skilles fra hverandre. Denne fysiske separasjonen mellom høyeffektkomponenter maksimerer PCB-området rundt hver høyeffektkomponent, og bidrar dermed til å oppnå bedre varmeledning. Det bør utvises forsiktighet for å isolere temperaturfølsomme komponenter på kretskortet fra komponenter med høy effekt. Når det er mulig, bør installasjonsstedet for komponenter med høy effekt være langt unna hjørnene på kretskortet. En mer sentral plassering av PCB kan maksimere tavleområdet rundt komponenter med høy effekt, og dermed bidra til å spre varme. Figur 2 viser to identiske halvlederenheter: komponent A og komponent B. Komponent A er plassert i hjørnet av kretskortet og har en dysekrysstemperatur som er 5 % høyere enn komponent B fordi komponent B er plassert nærmere midten. Siden platearealet rundt komponenten for varmeavledning er mindre, er varmeavledningen ved hjørnet av komponent A begrenset.

Hvordan bruke PCB for IC-pakke varmeavledning?

Det andre aspektet er strukturen til PCB, som har den mest avgjørende innflytelsen på den termiske ytelsen til PCB-designet. Det generelle prinsippet er: jo mer kobber i PCB, desto høyere termisk ytelse har systemkomponentene. Den ideelle varmespredningssituasjonen for halvlederenheter er at brikken er montert på et stort stykke væskekjølt kobber. For de fleste applikasjoner er denne monteringsmetoden upraktisk, så vi kan bare gjøre noen andre endringer på PCB for å forbedre varmeavledningsytelsen. For de fleste bruksområder i dag fortsetter det totale volumet av systemet å krympe, noe som har en negativ effekt på varmeavledningsytelsen. Jo større PCB, desto større er området som kan brukes til varmeledning, og det har også større fleksibilitet, noe som gir nok plass mellom høyeffektkomponentene.

Når det er mulig, maksimer antall og tykkelse på PCB kobberjordplan. Vekten av grunnlaget kobber er generelt relativt stor, og det er en utmerket termisk vei for hele PCB for å spre varme. Arrangementet av ledninger for hvert lag vil også øke den totale andelen kobber som brukes til varmeledning. Imidlertid er denne ledningen vanligvis elektrisk og termisk isolert, noe som begrenser dens rolle som et potensielt varmespredningslag. Kablingen til enhetens jordplan bør være så elektrisk som mulig med mange jordplan, for å bidra til å maksimere varmeledning. Varmespredningsviasene på PCB-en under halvlederenheten hjelper varmen å komme inn i de nedgravde lagene av PCB-en og ledes til baksiden av kretskortet.

For å forbedre varmeavledningsytelsen er topp- og bunnlagene på PCB-en “gyldne steder”. Bruk bredere ledninger og før dem bort fra enheter med høy effekt for å gi en termisk bane for varmeavledning. Det dedikerte termokortet er en utmerket metode for PCB-varmeavledning. Termokortet er vanligvis plassert på toppen eller baksiden av PCB, og er termisk koblet til enheten gjennom direkte kobberforbindelser eller termiske vias. Når det gjelder inline-pakke (pakker med ledninger på begge sider), kan denne typen varmeledningskort være plassert på toppen av PCB-en og formet som et “hundebein” (midten er like smal som pakken, og området borte fra pakken er relativt lite. Stort, lite i midten og stort i endene). Ved firesidig pakke (det er ledninger på alle fire sider) må den varmeledende platen være plassert på baksiden av kretskortet eller inn i kretskortet.

Hvordan bruke PCB for IC-pakke varmeavledning?

Å øke størrelsen på termokortet er en utmerket måte å forbedre den termiske ytelsen til PowerPAD-pakken. Ulike varmeledningsplatestørrelser har stor innflytelse på termisk ytelse. Produktdataarket som er gitt i form av en tabell, viser generelt disse størrelsesinformasjonene. Imidlertid er det vanskelig å kvantifisere virkningen av tilsatt kobber av tilpassede PCB. Ved å bruke noen nettbaserte kalkulatorer kan brukere velge en enhet og deretter endre størrelsen på kobberputen for å estimere dens innvirkning på varmeavledningsytelsen til ikke-JEDEC PCB. Disse beregningsverktøyene fremhever effekten av PCB-design på termisk ytelse. For en pakke med fire sider er området på toppputen bare mindre enn området til enhetens eksponerte pute. I dette tilfellet er det nedgravde eller bakre laget den første måten å oppnå bedre kjøling på. For doble in-line-pakker kan vi bruke en “hundebein”-pute for å spre varme.

Endelig kan systemer med større PCB også brukes til kjøling. I tilfelle skruene er koblet til den varmeledende platen og jordplanet for varmeavledning, kan noen skruer som brukes til å montere PCB også bli effektive varmebaner til systembasen. Tatt i betraktning varmeledningseffekten og kostnadene, bør antall skruer være den maksimale verdien som når punktet med avtagende avkastning. Etter å ha blitt koblet til den termisk ledende platen, har metall-PCB-forsterkningsplaten mer kjøleområde. For noen bruksområder hvor PCB er dekket med et skall, har det typekontrollerte sveisereparasjonsmaterialet høyere termisk ytelse enn det luftkjølte skallet. Kjøleløsninger, som vifter og kjøleribber, er også vanlige metoder for systemkjøling, men de krever vanligvis mer plass eller må modifisere designet for å optimalisere kjøleeffekten.

For å designe et system med høyere termisk ytelse er det ikke nok å velge en god IC-enhet og lukket løsning. Varmeavledningsytelsen til IC avhenger av PCB og varmeavledningssystemets evne til raskt å avkjøle IC-enhetene. Ved å bruke den ovennevnte passive kjølemetoden kan varmeavledningsytelsen til systemet forbedres betydelig.