Cum să utilizați PCB pentru disiparea căldurii pachetului IC?

Primul aspect al designului PCB care poate îmbunătăți performanța termică este aspectul dispozitivului PCB. Ori de câte ori este posibil, componentele de mare putere de pe PCB ar trebui separate unele de altele. Această separare fizică între componentele de mare putere maximizează zona PCB din jurul fiecărei componente de mare putere, ajutând astfel la obținerea unei conducții mai bune a căldurii. Trebuie avut grijă să izolați componentele sensibile la temperatură de pe PCB de componentele de mare putere. Ori de câte ori este posibil, locația de instalare a componentelor de mare putere ar trebui să fie departe de colțurile PCB-ului. O locație mai centrală a PCB-ului poate maximiza zona plăcii din jurul componentelor de mare putere, ajutând astfel la disiparea căldurii. Figura 2 prezintă două dispozitive semiconductoare identice: componenta A și componenta B. Componenta A este situată la colțul PCB și are o temperatură a joncțiunii matriței care este cu 5% mai mare decât componenta B, deoarece componenta B este situată mai aproape de mijloc. Deoarece suprafața plăcii din jurul componentei pentru disiparea căldurii este mai mică, disiparea căldurii la colțul componentei A este limitată.

Cum se utilizează PCB pentru disiparea căldurii pachetului IC?

Al doilea aspect este structura PCB, care are cea mai decisivă influență asupra performanței termice a designului PCB. Principiul general este: cu cât este mai mult cupru în PCB, cu atât performanța termică a componentelor sistemului este mai mare. Situația ideală de disipare a căldurii pentru dispozitivele semiconductoare este că cipul este montat pe o bucată mare de cupru răcit cu lichid. Pentru majoritatea aplicațiilor, această metodă de montare nu este practică, așa că putem face doar alte modificări la PCB pentru a îmbunătăți performanța de disipare a căldurii. Pentru majoritatea aplicațiilor de astăzi, volumul total al sistemului continuă să se micșoreze, ceea ce are un efect negativ asupra performanței de disipare a căldurii. Cu cât PCB este mai mare, cu atât este mai mare suprafața care poate fi utilizată pentru conducerea căldurii și, de asemenea, are o flexibilitate mai mare, permițând suficient spațiu între componentele de mare putere.

Ori de câte ori este posibil, maximizați numărul și grosimea planurilor de masă din cupru PCB. Greutatea cuprului stratului de pământ este în general relativ mare și este o cale termică excelentă pentru ca întregul PCB să disipeze căldura. Dispunerea cablajului pentru fiecare strat va crește, de asemenea, proporția totală de cupru utilizat pentru conducerea căldurii. Cu toate acestea, acest cablaj este de obicei izolat electric și termic, ceea ce îi limitează rolul de strat potențial de disipare a căldurii. Cablajul planului de masă al dispozitivului ar trebui să fie cât mai electric cu putință, cu mai multe planuri de masă, astfel încât să ajute la maximizarea conducției căldurii. Viasurile de disipare a căldurii de pe PCB de sub dispozitivul semiconductor ajută căldura să intre în straturile îngropate ale PCB-ului și să conducă spre partea din spate a plăcii de circuite.

Pentru a îmbunătăți performanța de disipare a căldurii, straturile de sus și de jos ale PCB-ului sunt „locații de aur”. Utilizați fire mai largi și direcționați-le departe de dispozitivele de mare putere pentru a oferi o cale termică pentru disiparea căldurii. Placa termică dedicată este o metodă excelentă pentru disiparea căldurii PCB. Placa termică este în general amplasată în partea de sus sau în spate a PCB-ului și este conectată termic la dispozitiv prin conexiuni directe din cupru sau prin intermediul căilor termice. În cazul pachetului în linie (pachete cu cabluri pe ambele părți), acest tip de placă de conducție a căldurii poate fi amplasat în partea de sus a PCB și poate fi în formă de „os de câine” (mijlocul este la fel de îngust ca pachetul, iar zona distanta de ambalaj este relativ mica.Mare, mica la mijloc si mare la capete). În cazul unui pachet cu patru părți (există cabluri pe toate cele patru părți), placa termoconductoare trebuie să fie amplasată pe spatele PCB-ului sau să intre în PCB.

Cum se utilizează PCB pentru disiparea căldurii pachetului IC?

Mărirea dimensiunii plăcii termice este o modalitate excelentă de a îmbunătăți performanța termică a pachetului PowerPAD. Diferitele dimensiuni ale plăcilor de conducție a căldurii au o mare influență asupra performanței termice. Fișa tehnică a produsului furnizată sub forma unui tabel listează în general aceste informații despre dimensiune. Cu toate acestea, este dificil de cuantificat impactul cuprului adăugat al PCB-urilor personalizate. Folosind unele calculatoare online, utilizatorii pot selecta un dispozitiv și apoi pot modifica dimensiunea plăcuței de cupru pentru a estima impactul acestuia asupra performanței de disipare a căldurii a PCB-urilor non-JEDEC. Aceste instrumente de calcul evidențiază impactul proiectării PCB asupra performanței termice. Pentru un pachet cu patru laturi, zona plăcuței superioare este doar mai mică decât zona plăcuței expuse a dispozitivului. În acest caz, stratul îngropat sau din spate este prima modalitate de a obține o răcire mai bună. Pentru pachetele duble în linie, putem folosi un stil de tampon „os de câine” pentru a disipa căldura.

În cele din urmă, sistemele cu PCB-uri mai mari pot fi folosite și pentru răcire. În cazul în care șuruburile sunt conectate la placa termoconductoare și la planul de masă pentru disiparea căldurii, unele șuruburi utilizate pentru montarea PCB-ului pot deveni, de asemenea, căi de căldură eficiente către baza sistemului. Având în vedere efectul de conducție termică și costul, numărul de șuruburi ar trebui să fie valoarea maximă care atinge punctul de randament descrescător. După ce a fost conectată la placa termoconductoare, placa de armare a PCB-ului metalic are mai multă zonă de răcire. Pentru unele aplicații în care PCB-ul este acoperit cu o carcasă, materialul de reparare a sudurii de tip controlat are o performanță termică mai mare decât carcasa răcită cu aer. Soluțiile de răcire, cum ar fi ventilatoarele și radiatoarele, sunt, de asemenea, metode comune pentru răcirea sistemului, dar de obicei necesită mai mult spațiu sau necesită modificarea designului pentru a optimiza efectul de răcire.

Pentru a proiecta un sistem cu performanțe termice mai mari, nu este suficient să alegeți un dispozitiv IC bun și o soluție închisă. Performanța de disipare a căldurii a IC depinde de PCB și de capacitatea sistemului de disipare a căldurii de a răci rapid dispozitivele IC. Prin utilizarea metodei de răcire pasivă de mai sus, performanța de disipare a căldurii a sistemului poate fi mult îmbunătățită.