IC -paket är beroende av PCB för värmeavledning. In general, PCB is the main cooling method for high power semiconductor devices. A good PCB heat dissipation design has a great impact, it can make the system run well, but also can bury the hidden danger of thermal accidents. Noggrann hantering av PCB-layout, kortstruktur och enhetsfäste kan hjälpa till att förbättra värmeavledningsprestanda för applikationer med medelhög och hög effekt.

Halvledartillverkare har svårt att kontrollera system som använder sina enheter. Ett system med en IC installerad är dock avgörande för enhetens övergripande prestanda. För anpassade IC-enheter arbetar systemdesignern vanligtvis nära med tillverkaren för att säkerställa att systemet uppfyller de många värmeavledningskraven för enheter med hög effekt. Detta tidiga samarbete säkerställer att IC uppfyller elektriska och prestandakrav, samtidigt som det säkerställer korrekt drift inom kundens kylsystem. Many large semiconductor companies sell devices as standard components, and there is no contact between the manufacturer and the end application. I det här fallet kan vi bara använda några allmänna riktlinjer för att uppnå en bättre passiv värmeavledningslösning för IC och system.

Hur man designar värmeavledning för kretskort

Vanlig halvledarpaketstyp är bare pad eller PowerPADTM -paket. In these packages, the chip is mounted on a metal plate called a chip pad. Denna typ av chippad stöder chipet i processen för chipbearbetning och är också en bra termisk väg för enhetens värmeavledning. 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. Bare pad -paket överför vanligtvis cirka 80% av värmen till kretskortet genom förpackningens botten. De återstående 20% av värmen avges genom enhetstrådarna och olika sidor av förpackningen. Mindre än 1% av värmen kommer ut genom förpackningens ovansida. När det gäller dessa paket med bara dynor är en bra PCB-värmeavledningsdesign avgörande för att säkerställa vissa enheters prestanda.

Den första aspekten av PCB -design som förbättrar termisk prestanda är PCB -enhetens layout. När det är möjligt bör de kraftfulla komponenterna på kretskortet separeras från varandra. Detta fysiska avstånd mellan högeffektskomponenter maximerar kretskortsområdet runt varje högeffektkomponent, vilket hjälper till att uppnå bättre värmeöverföring. Care should be taken to separate temperature sensitive components from high power components on the PCB. Där det är möjligt bör högeffektsdelar placeras bort från hörnen på kretskortet. En mer mellanliggande PCB-position maximerar skivområdet runt de kraftfulla komponenterna, vilket hjälper till att sprida värme. Två identiska halvledaranordningar visas: komponenterna A och B. Komponent A, som ligger i hörnet av kretskortet, har A -chipskopplingstemperatur 5% högre än komponent B, som är placerad mer centralt. Värmeavledningen vid hörnet av komponent A begränsas av den mindre panelytan runt komponenten som används för värmeavledning.

Den andra aspekten är PCB -strukturen, som har det mest avgörande inflytandet på PCB -designens termiska prestanda. Som en allmän regel, ju mer koppar kretskortet har, desto högre termisk prestanda har systemkomponenterna. Den ideala värmeavledningssituationen för halvledarenheter är att chipet är monterat på ett stort block av vätskekyld koppar. Detta är inte praktiskt för de flesta applikationer, så vi var tvungna att göra andra ändringar av kretskortet för att förbättra värmeavledningen. 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.

När det är möjligt, maximera antalet och tjockleken på PCB -kopparlager. Vikten av jordat koppar är generellt stor, vilket är en utmärkt termisk väg för hela PCB -värmeavledningen. The arrangement of the wiring of the layers also increases the total specific gravity of copper used for heat conduction. Denna ledning är dock vanligtvis elektriskt isolerad, vilket begränsar dess användning som en potentiell kylfläns. Enhetens jordning bör anslutas så elektriskt som möjligt till så många jordlager som möjligt för att maximera värmeledningen. Värmeavledningshål i kretskortet under halvledarenheten hjälper värmen att komma in i de inbäddade skikten på kretskortet och överföra till baksidan av kortet.

De övre och nedre skikten på ett kretskort är “bästa platser” för förbättrad kylprestanda. Att använda bredare ledningar och dra bort från högeffektsenheter kan ge en termisk väg för värmeavledning. Speciell värmeledningskort är en utmärkt metod för PCB -värmeavledning. Den värmeledande plattan är placerad på toppen eller baksidan av kretskortet och är termiskt ansluten till enheten genom antingen en direkt kopparanslutning eller ett termiskt genomgående hål. Vid inline -förpackning (endast med ledningar på båda sidor av förpackningen) kan värmeledningsplattan placeras på toppen av kretskortet, formad som ett “hundben” (mitten är lika smal som förpackningen, koppar bort från förpackningen har en stor yta, liten i mitten och stor i båda ändar). Vid förpackning med fyra sidor (med ledningar på alla fyra sidor) måste värmeledningsplattan placeras på baksidan av kretskortet eller inuti kretskortet.

Att öka storleken på värmeledningsplattan är ett utmärkt sätt att förbättra den termiska prestandan hos PowerPAD -paket. Different size of heat conduction plate has great influence on thermal performance. Ett tabellformat produktdatablad listar vanligtvis dessa dimensioner. Men att kvantifiera effekten av tillsatt koppar på anpassad PCBS är svårt. 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. Dessa beräkningsverktyg belyser i vilken utsträckning PCB -design påverkar värmeavledningens prestanda. 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. För dubbla in-line paket kan vi använda “hundben” -formen för att avleda värme.

Slutligen kan system med större PCBS också användas för kylning. 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. Med tanke på värmeledningsförmåga och kostnad bör antalet skruvar maximeras till en minskning av avkastningen. PCB -förstyvningen av metall har mer kylningsyta efter att den har anslutits till värmeplattan. För vissa applikationer där PCB -höljet har ett skal har TYPE B -lödmaterialet en högre termisk prestanda än det luftkylda skalet. Kylösningar, såsom fläktar och fenor, används också vanligtvis för systemkylning, men de kräver ofta mer utrymme eller kräver konstruktionsändringar för att optimera kylningen.

För att designa ett system med hög termisk prestanda räcker det inte med att välja en bra IC -enhet och sluten lösning. Schemaläggning av IC -kylningsprestanda beror på kretskortet och kylsystemets kapacitet för att låta IC -enheter svalna snabbt. Den ovan nämnda passiva kylmetoden kan avsevärt förbättra systemets värmeavledning.