Como usar PCB para dissipação de calor do pacote IC?

O primeiro aspecto do design do PCB que pode melhorar o desempenho térmico é o layout do dispositivo do PCB. Sempre que possível, os componentes de alta potência no PCB devem ser separados uns dos outros. Essa separação física entre os componentes de alta potência maximiza a área do PCB em torno de cada componente de alta potência, ajudando assim a obter uma melhor condução de calor. Deve-se tomar cuidado para isolar os componentes sensíveis à temperatura no PCB dos componentes de alta potência. Sempre que possível, o local de instalação dos componentes de alta potência deve ser longe dos cantos do PCB. Uma localização de PCB mais central pode maximizar a área da placa em torno dos componentes de alta potência, ajudando assim a dissipar o calor. A Figura 2 mostra dois dispositivos semicondutores idênticos: o componente A e o componente B. O componente A está localizado no canto do PCB e tem uma temperatura de junção da matriz 5% mais alta do que o componente B porque o componente B está localizado mais próximo do meio. Como a área da placa ao redor do componente para dissipação de calor é menor, a dissipação de calor no canto do componente A é limitada.

Como usar o PCB para dissipação de calor do pacote IC?

O segundo aspecto é a estrutura do PCB, que tem a influência mais decisiva no desempenho térmico do design do PCB. O princípio geral é: quanto mais cobre no PCB, maior será o desempenho térmico dos componentes do sistema. A situação ideal de dissipação de calor para dispositivos semicondutores é que o chip seja montado em um grande pedaço de cobre resfriado por líquido. Para a maioria das aplicações, esse método de montagem é impraticável, portanto, só podemos fazer algumas outras alterações no PCB para melhorar o desempenho de dissipação de calor. Para a maioria das aplicações atuais, o volume total do sistema continua a diminuir, o que tem um efeito adverso no desempenho de dissipação de calor. Quanto maior o PCB, maior a área que pode ser usada para a condução de calor e também tem maior flexibilidade, permitindo espaço suficiente entre os componentes de alta potência.

Sempre que possível, maximize o número e a espessura dos planos de aterramento de cobre do PCB. O peso da camada de cobre do solo é geralmente relativamente grande e é um excelente caminho térmico para todo o PCB dissipar o calor. O arranjo da fiação para cada camada também aumentará a proporção total de cobre usada para a condução de calor. No entanto, essa fiação geralmente é isolada elétrica e termicamente, o que limita seu papel como uma camada potencial de dissipação de calor. A fiação do plano de aterramento do dispositivo deve ser o mais elétrica possível com muitos planos de aterramento, de modo a ajudar a maximizar a condução de calor. As vias de dissipação de calor no PCB sob o dispositivo semicondutor ajudam o calor a entrar nas camadas enterradas do PCB e conduzir para a parte traseira da placa de circuito.

Para melhorar o desempenho de dissipação de calor, as camadas superior e inferior do PCB são “locais de ouro”. Use fios mais largos e direcione-os longe de dispositivos de alta potência para fornecer um caminho térmico para dissipação de calor. A placa térmica dedicada é um método excelente para dissipação de calor de PCB. A placa térmica geralmente está localizada na parte superior ou traseira do PCB e é termicamente conectada ao dispositivo por meio de conexões diretas de cobre ou vias térmicas. No caso de pacote em linha (pacotes com terminais em ambos os lados), este tipo de placa de condução de calor pode estar localizada na parte superior do PCB e ter a forma de um “osso de cachorro” (o meio é tão estreito quanto o pacote, e o área afastada da embalagem é relativamente pequena. Grande, pequena no meio e grande nas pontas). No caso de um pacote de quatro lados (há fios em todos os quatro lados), a placa condutora de calor deve estar localizada na parte traseira do PCB ou entrar no PCB.

Como usar o PCB para dissipação de calor do pacote IC?

Aumentar o tamanho da placa térmica é uma excelente maneira de melhorar o desempenho térmico do pacote PowerPAD. Diferentes tamanhos de placas de condução de calor têm uma grande influência no desempenho térmico. A folha de dados do produto fornecida na forma de uma tabela geralmente lista essas informações de tamanho. No entanto, é difícil quantificar o impacto do cobre adicionado de PCBs personalizados. Usando algumas calculadoras online, os usuários podem selecionar um dispositivo e, em seguida, alterar o tamanho da almofada de cobre para estimar seu impacto no desempenho de dissipação de calor de PCBs não JEDEC. Essas ferramentas de cálculo destacam o impacto do design de PCB no desempenho térmico. Para um pacote de quatro lados, a área da almofada superior é apenas menor do que a área da almofada exposta do dispositivo. Nesse caso, a camada enterrada ou posterior é a primeira forma de obter um melhor resfriamento. Para pacotes duplos em linha, podemos usar um tipo de almofada “osso de cachorro” para dissipar o calor.

Finalmente, sistemas com PCBs maiores também podem ser usados ​​para resfriamento. No caso de os parafusos serem conectados à placa condutora de calor e ao plano de aterramento para dissipação de calor, alguns parafusos usados ​​para montar o PCB também podem se tornar caminhos de calor eficazes para a base do sistema. Considerando o efeito de condução de calor e o custo, o número de parafusos deve ser o valor máximo que atinge o ponto de retorno decrescente. Depois de ser conectada à placa condutora térmica, a placa de reforço de PCB de metal tem mais área de resfriamento. Para algumas aplicações onde o PCB é coberto com uma casca, o tipo de material de reparo de soldagem controlada tem um desempenho térmico superior do que a casca resfriada a ar. Soluções de resfriamento, como ventiladores e dissipadores de calor, também são métodos comuns para o resfriamento do sistema, mas geralmente requerem mais espaço ou precisam modificar o projeto para otimizar o efeito de resfriamento.

Para projetar um sistema com maior desempenho térmico, não basta escolher um bom dispositivo de IC e solução fechada. O desempenho de dissipação de calor do IC depende do PCB e da capacidade do sistema de dissipação de calor de resfriar rapidamente os dispositivos IC. Usando o método de resfriamento passivo acima, o desempenho de dissipação de calor do sistema pode ser bastante melhorado.