IC -pakker er avhengige av PCB for varmespredning. Generelt er kretskort den viktigste kjølemetoden for halvledere med høy effekt. En god PCB -varmeavledningsdesign har stor innvirkning, det kan få systemet til å fungere godt, men kan også begrave den skjulte faren for termiske ulykker. Forsiktig håndtering av PCB-layout, brettstruktur og enhetsfeste kan bidra til å forbedre varmeavledningseffekten for applikasjoner med middels kraft og høy effekt.

Halvlederprodusenter har problemer med å kontrollere systemer som bruker enhetene sine. Imidlertid er et system med en IC installert avgjørende for enhetens generelle ytelse. For tilpassede IC-enheter jobber systemdesigneren vanligvis tett med produsenten for å sikre at systemet oppfyller de mange varmespredningskravene til enheter med høy effekt. Dette tidlige samarbeidet sikrer at IC oppfyller elektriske og ytelsesstandarder, samtidig som den sikrer riktig drift i kundens kjølesystem. Mange store halvlederbedrifter selger enheter som standardkomponenter, og det er ingen kontakt mellom produsenten og sluttapplikasjonen. I dette tilfellet kan vi bare bruke noen generelle retningslinjer for å oppnå en god passiv varmespredningsløsning for IC og system.

Vanlig halvlederpakketype er bare pad eller PowerPADTM -pakke. I disse pakkene er brikken montert på en metallplate som kalles en chip pad. Denne typen chippad støtter brikken i prosessen med chipbehandling, og er også en god termisk bane for enhets varmespredning. Når den pakket, blanke puten er sveiset til kretskortet, går varmen raskt ut av pakken og inn i kretskortet. Varmen forsvinner deretter gjennom PCB -lagene i luften rundt. Bare putepakker overfører vanligvis omtrent 80% av varmen til PCB gjennom bunnen av pakken. De resterende 20% av varmen sendes ut gjennom enhetens ledninger og forskjellige sider av pakken. Mindre enn 1% av varmen slipper ut gjennom toppen av pakken. Når det gjelder disse pakningene med bare puter, er god PCB-varmeavledningsdesign avgjørende for å sikre visse enheters ytelse.

Det første aspektet ved PCB -design som forbedrer termisk ytelse er PCB -enhetsoppsett. Når det er mulig, bør høyeffektkomponentene på kretskortet skilles fra hverandre. Denne fysiske avstanden mellom komponenter med høy effekt maksimerer PCB-området rundt hver komponent med høy effekt, noe som bidrar til å oppnå bedre varmeoverføring. Det bør utvises forsiktighet for å skille temperaturfølsomme komponenter fra komponenter med høy effekt på kretskortet. Hvor det er mulig, bør komponenter med høy effekt plasseres vekk fra hjørnene på kretskortet. En mer mellomliggende PCB-posisjon maksimerer brettområdet rundt komponentene med høy effekt, og bidrar dermed til å spre varme. Figur 2 viser to identiske halvlederanordninger: komponentene A og B. Komponent A, som ligger på hjørnet av kretskortet, har en brikkekoblingstemperatur 5% høyere enn komponent B, som er plassert mer sentralt. Varmeavledningen på hjørnet av komponent A er begrenset av det mindre panelområdet rundt komponenten som brukes til varmeavledning.

Det andre aspektet er strukturen til PCB, som har den mest avgjørende innflytelsen på den termiske ytelsen til PCB -design. Som en generell regel, jo mer kobber PCB har, desto høyere er termisk ytelse for systemkomponentene. Den ideelle varmeavledningssituasjonen for halvledere er at brikken er montert på en stor blokk med væskekjølt kobber. Dette er ikke praktisk for de fleste applikasjoner, så vi måtte gjøre andre endringer i kretskortet for å forbedre varmeavgivelsen. For de fleste applikasjoner i dag krymper systemets totale volum, noe som påvirker varmespredningsytelsen negativt. Større PCBS har mer overflate som kan brukes til varmeoverføring, men har også mer fleksibilitet til å la nok plass mellom høyeffektive komponenter.

Når det er mulig, maksimerer du antallet og tykkelsen på PCB -kobberlag. Vekten av jordet kobber er generelt stor, noe som er en utmerket termisk bane for hele PCB -varmeavgivelsen. Arrangementet av ledningen til lagene øker også den totale egenvekten til kobber som brukes til varmeledning. Imidlertid er denne ledningen vanligvis elektrisk isolert, noe som begrenser bruken som en potensiell kjøleribbe. Enhetens jording bør kobles så elektrisk som mulig til så mange jordingslag som mulig for å maksimere varmeledningen. Varmeavledningshull i kretskortet under halvlederenheten hjelper varme inn i de innebygde lagene på kretskortet og overføres til baksiden av brettet.

Topp- og bunnlagene på en PCB er “førsteklasses steder” for forbedret kjøleytelse. Ved å bruke bredere ledninger og dra vekk fra enheter med høy effekt kan det gi en termisk bane for varmespredning. Spesielt varmeledningskort er en utmerket metode for PCB -varmeavledning. Den varmeledende platen er plassert på toppen eller baksiden av kretskortet og er termisk koblet til enheten enten via en direkte kobberforbindelse eller et termisk gjennomgående hull. Når det gjelder innebygd emballasje (bare med ledninger på begge sider av pakken), kan varmeledningsplaten plasseres på toppen av kretskortet, formet som et “hundebein” (midten er like smal som pakken, kobber vekk fra pakken har et stort område, lite i midten og stort i begge ender). Når det gjelder firesidet pakning (med ledninger på alle fire sider), må varmeledningsplaten være plassert på baksiden av kretskortet eller inne i kretskortet.

Å øke størrelsen på varmeledningsplaten er en utmerket måte å forbedre den termiske ytelsen til PowerPAD -pakker. Ulike størrelser på varmeledningsplaten har stor innflytelse på termisk ytelse. Et tabellproduktdatablad viser vanligvis disse dimensjonene. Men det er vanskelig å kvantifisere effekten av tilsatt kobber på tilpasset PCBS. Med online kalkulatorer kan brukerne velge en enhet og endre størrelsen på kobberputen for å estimere effekten på den termiske ytelsen til et ikke-JEDEC PCB. Disse beregningsverktøyene fremhever i hvilken grad PCB -design påvirker varmespredningsytelsen. For firesidede pakker, hvor arealet på den øverste puten er bare mindre enn det blotte området på enheten, er innstøping eller baklag den første metoden for å oppnå bedre kjøling. For doble in-line pakker kan vi bruke “hundebein” putestilen for å spre varme.

Til slutt kan systemer med større PCBS også brukes til kjøling. Skruene som brukes til å montere kretskortet, kan også gi effektiv termisk tilgang til basen av systemet når det er koblet til varmeplaten og bakken. Med tanke på varmeledningsevne og kostnad, bør antall skruer maksimeres til et punkt som reduserer avkastningen. PCB -avstiveren av metall har mer kjøleområde etter at den er koblet til termoplaten. For noen applikasjoner der PCB -huset har et skall, har TYPE B loddemateriale høyere termisk ytelse enn det luftkjølte skallet. Kjøleløsninger, som vifter og finner, brukes også ofte til systemkjøling, men de krever ofte mer plass eller krever designendringer for å optimalisere kjøling.

For å designe et system med høy termisk ytelse, er det ikke nok å velge en god IC -enhet og lukket løsning. Planlegging av IC -kjøleytelse avhenger av PCB og kjølesystemets kapasitet for å la IC -enheter avkjøles raskt. Den passive avkjølingsmetoden som er nevnt ovenfor, kan forbedre systemets varmeavledningsevne kraftig.