ИЦ пакети се ослањају ПЦБ- за одвођење топлоте. In general, PCB is the main cooling method for high power semiconductor devices. Добар дизајн расипања топлоте на ПЦБ -у има велики утицај, може учинити да систем ради добро, али и може сакрити скривену опасност од термичких несрећа. Пажљиво руковање распоредом ПЦБ-а, структуром плоче и носачем уређаја може помоћи у побољшању перформанси расипања топлоте за апликације средње и велике снаге.

Произвођачи полупроводника имају потешкоћа у контроли система који користе њихове уређаје. Међутим, систем са инсталираним ИЦ -ом је критичан за укупне перформансе уређаја. За прилагођене ИЦ уређаје, дизајнер система обично блиско сарађује са произвођачем како би се осигурало да систем испуњава многе захтеве за одвођење топлоте уређаја велике снаге. Ова рана сарадња осигурава да ИЦ задовољава електричне и стандарде перформанси, а истовремено осигурава правилан рад унутар расхладног система корисника. Many large semiconductor companies sell devices as standard components, and there is no contact between the manufacturer and the end application. У овом случају можемо користити само неке опште смернице како бисмо помогли у постизању бољег решења за пасивно одвођење топлоте за ИЦ и систем.

Како дизајнирати одвођење топлоте за ПЦБ

Уобичајени тип полупроводничког паковања је голи пад или ПоверПАДТМ пакет. In these packages, the chip is mounted on a metal plate called a chip pad. Ова врста подлоге за чипове подржава чип у процесу обраде чипова, а такође је и добар топлотни пут за расипање топлоте уређаја. When the packaged bare pad is welded to the PCB, heat is quickly exited from the package and into the PCB. The heat is then dissipated through the PCB layers into the surrounding air. Паковања са голим подлогама обично преносе око 80% топлоте у ПЦБ кроз дно паковања. Преосталих 20% топлоте емитује се кроз жице уређаја и различите стране паковања. Мање од 1% топлоте излази кроз врх паковања. У случају ових голих подлога, добар дизајн расипања топлоте од ПЦБ-а је од суштинског значаја за осигурање одређених перформанси уређаја.

Први аспект дизајна ПЦБ -а који побољшава топлотне перформансе је распоред ПЦБ уређаја. Кад год је то могуће, компоненте велике снаге на штампаној плочи треба да буду одвојене једна од друге. Овај физички размак између компоненти велике снаге максимизира површину ПЦБ-а око сваке компоненте велике снаге, што помаже у постизању бољег преноса топлоте. Треба водити рачуна о одвајању компоненти осетљивих на температуру од компоненти велике снаге на штампаној плочи. Кад год је то могуће, компоненте велике снаге треба да се налазе даље од углова штампане плоче. A more intermediate PCB position maximizes the board area around the high-power components, thereby helping to dissipate heat. Приказана су два идентична полупроводничка уређаја: компоненте А и Б. Компонента А, која се налази на углу ПЦБ -а, има температуру споја чипа А 5% вишу од компоненте Б, која је позиционирана централније. Одвођење топлоте на углу компоненте А ограничено је мањом површином панела око компоненте која се користи за одвођење топлоте.

Други аспект је структура ПЦБ -а, која има најодлучнији утицај на топлотне перформансе дизајна ПЦБ -а. По правилу, што ПЦБ има више бакра, веће су топлотне перформансе компоненти система. Идеална ситуација расипања топлоте за полупроводничке уређаје је та да је чип монтиран на велики блок бакра хлађеног течношћу. This is not practical for most applications, so we had to make other changes to the PCB to improve heat dissipation. For most applications today, the total volume of the system is shrinking, adversely affecting heat dissipation performance. Larger PCBS have more surface area that can be used for heat transfer, but also have more flexibility to leave enough space between high-power components.

Кад год је то могуће, максимизирајте број и дебљину слојева ПЦБ бакра. Тежина бакра за уземљење је генерално велика, што је одличан топлотни пут за целокупно одвођење топлоте на ПЦБ -у. The arrangement of the wiring of the layers also increases the total specific gravity of copper used for heat conduction. Међутим, ово ожичење је обично електрично изоловано, ограничавајући његову употребу као потенцијални хладњак. Уземљење уређаја треба да буде што је могуће више електрично ожичено на што је могуће више слојева уземљења како би се повећала проводљивост топлоте. Рупе за расипање топлоте на ПЦБ -у испод полупроводничког уређаја помажу топлоти да уђе у уграђене слојеве ПЦБ -а и пренесе се на задњу страну плоче.

Горњи и доњи слој ПЦБ -а су „главна места“ за побољшане перформансе хлађења. Коришћење ширих жица и усмеравање даље од уређаја велике снаге може обезбедити топлотни пут за расипање топлоте. Посебна плоча за провођење топлоте је одличан метод за одвођење топлоте на ПЦБ -у. Топлотно проводљива плоча налази се на врху или на задњој страни ПЦБ-а и термички је повезана са уређајем или директном бакарном везом или топлотном рупом. У случају инлине паковања (само са проводницима са обе стране паковања), плоча за спровођење топлоте може се налазити на врху ПЦБ -а, у облику „псеће кости“ (средина је уска као пакет, бакар удаљен од паковања има велику површину, малу у средини и велику на оба краја). У случају четвоространог паковања (са проводницима на све четири стране), плоча за провођење топлоте мора бити смештена на полеђини ПЦБ-а или унутар ПЦБ-а.

Повећање величине плоче за провођење топлоте одличан је начин за побољшање топлотних перформанси ПоверПАД пакета. Different size of heat conduction plate has great influence on thermal performance. Табеларни лист са подацима о производу обично наводи ове димензије. Међутим, тешко је квантификовати утицај додатка бакра на прилагођени ПЦБС. With online calculators, users can select a device and change the size of the copper pad to estimate its effect on the thermal performance of a non-JEDEC PCB. Ови прорачунски алати истичу степен у којем дизајн ПЦБ -а утиче на перформансе расипања топлоте. For four-side packages, where the area of the top pad is just less than the bare pad area of the device, embedding or back layer is the first method to achieve better cooling. За двострука линијска паковања, можемо користити стил подлоге „псећа кост“ за одвођење топлоте.

Коначно, системи са већим ПЦБС -ом се такође могу користити за хлађење. The screws used to mount the PCB can also provide effective thermal access to the base of the system when connected to the thermal plate and ground layer. С обзиром на топлотну проводљивост и цену, број вијака треба повећати до тачке смањења поврата. Метални укрућивач од ПЦБ -а има већу површину хлађења након што је спојен на термичку плочу. За неке примене где кућиште ПЦБ -а има омотач, материјал за лемљење ТИП Б има веће топлотне перформансе од љуске са ваздушним хлађењем. Расхладна решења, попут вентилатора и пераја, такође се обично користе за хлађење система, али често захтевају више простора или захтевају модификације дизајна за оптимизацију хлађења.

За пројектовање система са високим топлотним перформансама није довољно изабрати добар ИЦ уређај и затворено решење. Заказивање перформанси ИЦ хлађења зависи од ПЦБ -а и капацитета расхладног система који омогућава ИЦ уређајима да се брзо охладе. Горе поменути пасивни начин хлађења може увелико побољшати перформансе расипања топлоте у систему.