ako používať PCB pre odvod tepla IC balíka?

Prvým aspektom návrhu PCB, ktorý môže zlepšiť tepelný výkon, je usporiadanie PCB zariadenia. Vždy, keď je to možné, vysokovýkonné komponenty na doske plošných spojov by mali byť od seba oddelené. Toto fyzické oddelenie medzi vysokovýkonnými komponentmi maximalizuje plochu PCB okolo každého vysokovýkonného komponentu, čím pomáha dosiahnuť lepšie vedenie tepla. Je potrebné venovať pozornosť izolácii komponentov citlivých na teplotu na doske plošných spojov od komponentov s vysokým výkonom. Vždy, keď je to možné, miesto inštalácie komponentov s vysokým výkonom by malo byť ďaleko od rohov dosky plošných spojov. Centrálnejšie umiestnenie dosky plošných spojov môže maximalizovať oblasť dosky okolo vysokovýkonných komponentov, čím pomáha odvádzať teplo. Obrázok 2 zobrazuje dve identické polovodičové zariadenia: komponent A a komponent B. Komponent A je umiestnený v rohu dosky plošných spojov a má teplotu spoja, ktorá je o 5 % vyššia ako komponent B, pretože komponent B je umiestnený bližšie k stredu. Pretože plocha dosky okolo komponentu pre odvod tepla je menšia, je rozptyl tepla v rohu komponentu A obmedzený.

Ako používať dosku plošných spojov na odvádzanie tepla z IC balíka?

Druhým aspektom je štruktúra DPS, ktorá má najrozhodnejší vplyv na tepelný výkon návrhu DPS. Všeobecný princíp je: čím viac medi v DPS, tým vyšší tepelný výkon komponentov systému. Ideálna situácia odvádzania tepla pre polovodičové zariadenia je, že čip je namontovaný na veľkom kuse medi chladenej kvapalinou. Pre väčšinu aplikácií je tento spôsob montáže nepraktický, takže na doske plošných spojov môžeme vykonať iba niektoré ďalšie zmeny, aby sme zlepšili výkon odvádzania tepla. Pre väčšinu súčasných aplikácií sa celkový objem systému naďalej zmenšuje, čo má nepriaznivý vplyv na výkon odvodu tepla. Čím väčšia je doska plošných spojov, tým väčšia je plocha, ktorú možno použiť na vedenie tepla a má tiež väčšiu flexibilitu, čo umožňuje dostatok priestoru medzi vysokovýkonnými komponentmi.

Vždy, keď je to možné, maximalizujte počet a hrúbku medených uzemňovacích plôch PCB. Hmotnosť medi základnej vrstvy je vo všeobecnosti relatívne veľká a je to vynikajúca tepelná cesta pre celú PCB na odvádzanie tepla. Usporiadanie vedenia pre každú vrstvu tiež zvýši celkový podiel medi použitej na vedenie tepla. Toto vedenie je však zvyčajne elektricky a tepelne izolované, čo obmedzuje jeho úlohu ako potenciálnej vrstvy rozptylu tepla. Zapojenie uzemňovacej roviny zariadenia by malo byť čo najelektrickejšie s mnohými uzemňovacími plochami, aby sa maximalizovalo vedenie tepla. Priechody odvádzajúce teplo na doske plošných spojov pod polovodičovým zariadením pomáhajú teplu vstúpiť do skrytých vrstiev plošného spoja a viesť k zadnej časti dosky plošných spojov.

Aby sa zlepšil výkon odvádzania tepla, horná a spodná vrstva dosky plošných spojov sú „zlaté miesta“. Použite širšie vodiče a veďte ich preč od zariadení s vysokým výkonom, aby ste zabezpečili tepelnú cestu pre odvod tepla. Špeciálna tepelná doska je vynikajúcou metódou pre odvod tepla PCB. Tepelná doska je vo všeobecnosti umiestnená na hornej alebo zadnej strane dosky plošných spojov a je tepelne pripojená k zariadeniu prostredníctvom priamych medených spojov alebo tepelných priechodov. V prípade inline obalu (balenia s prívodmi na oboch stranách) môže byť tento druh dosky na vedenie tepla umiestnený na vrchu dosky plošných spojov a môže mať tvar „psej kosti“ (stred je úzky ako obal a plocha vzdialená od obalu je relatívne malá.Veľká, malá v strede a veľká na koncoch). V prípade štvorstranného balenia (vývody sú na všetkých štyroch stranách) musí byť tepelne vodivá doska umiestnená na zadnej strane DPS alebo vstupovať do DPS.

Ako používať dosku plošných spojov na odvádzanie tepla z IC balíka?

Zväčšenie veľkosti tepelnej dosky je vynikajúci spôsob, ako zlepšiť tepelný výkon balíka PowerPAD. Rôzne veľkosti tepelne vodivých dosiek majú veľký vplyv na tepelný výkon. Údaje o produkte poskytnuté vo forme tabuľky vo všeobecnosti uvádzajú tieto informácie o veľkosti. Je však ťažké kvantifikovať vplyv pridanej medi z vlastných PCB. Pomocou niektorých online kalkulačiek môžu používatelia vybrať zariadenie a potom zmeniť veľkosť medenej podložky, aby odhadli jej vplyv na výkon rozptylu tepla pri doskách plošných spojov iných ako JEDEC. Tieto výpočtové nástroje zdôrazňujú vplyv návrhu PCB na tepelný výkon. V prípade štvorstranného balenia je plocha hornej podložky len menšia ako plocha odkrytej podložky zariadenia. V tomto prípade je zakopaná alebo zadná vrstva prvým spôsobom, ako dosiahnuť lepšie chladenie. Pre dvojité in-line balenia môžeme použiť štýl podložky „psej kosti“ na rozptýlenie tepla.

Nakoniec, systémy s väčšími DPS možno použiť aj na chladenie. V prípade, že sú skrutky spojené s teplovodivou doskou a zemnou doskou kvôli odvodu tepla, niektoré skrutky použité na montáž dosky plošných spojov sa môžu stať účinnými tepelnými cestami k základni systému. Vzhľadom na efekt vedenia tepla a náklady by mal byť počet skrutiek maximálnou hodnotou, ktorá dosiahne bod klesajúcej návratnosti. Po pripojení k tepelne vodivej doske má kovová výstužná doska PCB väčšiu chladiacu plochu. Pre niektoré aplikácie, kde je doska plošných spojov pokrytá plášťom, má typovo riadený zvárací opravný materiál vyšší tepelný výkon ako vzduchom chladený plášť. Chladiace riešenia, ako sú ventilátory a chladiče, sú tiež bežnými metódami chladenia systému, ale zvyčajne vyžadujú viac priestoru alebo je potrebné upraviť dizajn, aby sa optimalizoval chladiaci efekt.

Na navrhnutie systému s vyšším tepelným výkonom nestačí vybrať dobré IC zariadenie a uzavreté riešenie. Výkon odvodu tepla integrovaného obvodu závisí od dosky plošných spojov a schopnosti systému odvádzania tepla rýchlo ochladiť zariadenia integrovaného obvodu. Použitím vyššie uvedenej metódy pasívneho chladenia je možné výrazne zlepšiť výkon systému odvádzania tepla.