Paano gamitin PCB para sa IC package heat dissipation?

Ang unang aspeto ng disenyo ng PCB na maaaring mapabuti ang thermal performance ay ang layout ng PCB device. Hangga’t maaari, ang mga high-power na bahagi sa PCB ay dapat na ihiwalay sa isa’t isa. Ang pisikal na paghihiwalay sa pagitan ng mga high-power na bahagi ay nagpapalaki sa lugar ng PCB sa paligid ng bawat high-power na bahagi, sa gayon ay nakakatulong upang makamit ang mas mahusay na pagpapadaloy ng init. Dapat gawin ang pag-iingat upang ihiwalay ang mga sangkap na sensitibo sa temperatura sa PCB mula sa mga high-power na bahagi. Hangga’t maaari, ang lokasyon ng pag-install ng mga high-power na bahagi ay dapat na malayo sa mga sulok ng PCB. Ang isang mas sentral na lokasyon ng PCB ay maaaring mapakinabangan ang lugar ng board sa paligid ng mga high-power na bahagi, sa gayon ay nakakatulong na mawala ang init. Ang Figure 2 ay nagpapakita ng dalawang magkaparehong semiconductor device: component A at component B. Ang Component A ay matatagpuan sa sulok ng PCB at may die junction temperature na 5% na mas mataas kaysa sa component B dahil ang component B ay mas malapit sa gitna. Dahil mas maliit ang board area sa paligid ng component para sa heat dissipation, limitado ang heat dissipation sa sulok ng component A.

Paano gamitin ang PCB para sa IC package heat dissipation?

Ang pangalawang aspeto ay ang istraktura ng PCB, na may pinakamahalagang impluwensya sa thermal performance ng disenyo ng PCB. Ang pangkalahatang prinsipyo ay: mas maraming tanso sa PCB, mas mataas ang thermal performance ng mga bahagi ng system. Ang pinakamainam na sitwasyon sa pag-alis ng init para sa mga aparatong semiconductor ay ang chip ay naka-mount sa isang malaking piraso ng likidong pinalamig na tanso. Para sa karamihan ng mga aplikasyon, ang paraan ng pag-mount na ito ay hindi praktikal, kaya maaari lamang kaming gumawa ng ilang iba pang mga pagbabago sa PCB upang mapabuti ang pagganap ng pagwawaldas ng init. Para sa karamihan ng mga aplikasyon ngayon, ang kabuuang dami ng system ay patuloy na lumiliit, na may masamang epekto sa pagganap ng pagwawaldas ng init. Kung mas malaki ang PCB, mas malaki ang lugar na maaaring gamitin para sa pagpapadaloy ng init, at mayroon din itong higit na kakayahang umangkop, na nagbibigay-daan sa sapat na espasyo sa pagitan ng mga high-power na bahagi.

Hangga’t maaari, i-maximize ang bilang at kapal ng PCB copper ground planes. Ang bigat ng tanso na layer ng lupa sa pangkalahatan ay medyo malaki, at ito ay isang mahusay na thermal path para sa buong PCB upang mawala ang init. Ang pag-aayos ng mga kable para sa bawat layer ay tataas din ang kabuuang proporsyon ng tanso na ginagamit para sa pagpapadaloy ng init. Gayunpaman, ang mga kable na ito ay karaniwang electrically at thermally isolated, na naglilimita sa papel nito bilang potensyal na layer ng pagwawaldas ng init. Ang mga kable ng ground plane ng device ay dapat na kasing elektrikal hangga’t maaari sa maraming ground plane, upang makatulong na mapakinabangan ang pagpapadaloy ng init. Ang heat dissipation vias sa PCB sa ilalim ng semiconductor device ay tumutulong sa init na pumasok sa mga nakabaon na layer ng PCB at dumaloy sa likod ng circuit board.

Upang mapabuti ang pagganap ng pagwawaldas ng init, ang itaas at ibabang mga layer ng PCB ay “mga gintong lokasyon”. Gumamit ng mas malalawak na mga wire at iruta ang mga ito palayo sa mga high-power na device para magbigay ng thermal path para sa pag-alis ng init. Ang nakalaang thermal board ay isang mahusay na paraan para sa pagwawaldas ng init ng PCB. Ang thermal board ay karaniwang matatagpuan sa itaas o likod ng PCB, at thermally na konektado sa device sa pamamagitan ng direktang tansong koneksyon o thermal vias. Sa kaso ng inline na pakete (mga pakete na may mga lead sa magkabilang panig), ang ganitong uri ng heat conduction board ay maaaring matatagpuan sa tuktok ng PCB at hugis tulad ng isang “buto ng aso” (ang gitna ay kasing makitid ng pakete, at ang medyo maliit ang lugar na malayo sa package. Malaki, maliit sa gitna at malaki sa dulo). Sa kaso ng isang apat na panig na pakete (may mga lead sa lahat ng apat na panig), ang heat-conducting plate ay dapat na matatagpuan sa likod ng PCB o ipasok ang PCB.

Paano gamitin ang PCB para sa IC package heat dissipation?

Ang pagpapalaki ng laki ng thermal board ay isang mahusay na paraan upang mapabuti ang thermal performance ng PowerPAD package. Ang iba’t ibang laki ng heat conduction plate ay may malaking impluwensya sa thermal performance. Ang sheet ng data ng produkto na ibinigay sa anyo ng isang talahanayan ay karaniwang naglilista ng mga impormasyong ito sa laki. Gayunpaman, mahirap tukuyin ang epekto ng idinagdag na tanso ng mga pasadyang PCB. Gamit ang ilang online na calculators, maaaring pumili ang mga user ng device at pagkatapos ay baguhin ang laki ng copper pad para matantya ang epekto nito sa performance ng heat dissipation ng mga non-JEDEC PCB. Itinatampok ng mga tool sa pagkalkula na ito ang epekto ng disenyo ng PCB sa thermal performance. Para sa isang apat na panig na pakete, ang lugar ng tuktok na pad ay mas maliit lamang kaysa sa lugar ng nakalantad na pad ng aparato. Sa kasong ito, ang nakabaon o likod na layer ay ang unang paraan upang makamit ang mas mahusay na paglamig. Para sa dalawahang in-line na pakete, maaari kaming gumamit ng istilong pad na “buto ng aso” upang mawala ang init.

Sa wakas, ang mga system na may mas malalaking PCB ay maaari ding gamitin para sa paglamig. Sa kaso na ang mga turnilyo ay konektado sa heat-conducting plate at ground plane para sa pag-alis ng init, ang ilang mga turnilyo na ginamit upang i-mount ang PCB ay maaari ding maging epektibong mga daanan ng init patungo sa base ng system. Isinasaalang-alang ang epekto at gastos ng pagpapadaloy ng init, ang bilang ng mga turnilyo ay dapat ang pinakamataas na halaga na umabot sa punto ng lumiliit na pagbabalik. Pagkatapos na konektado sa thermal conductive plate, ang metal PCB reinforcement plate ay may mas maraming cooling area. Para sa ilang mga aplikasyon kung saan ang PCB ay natatakpan ng isang shell, ang uri ng kinokontrol na welding repair material ay may mas mataas na thermal performance kaysa sa air-cooled shell. Ang mga solusyon sa pagpapalamig, tulad ng mga fan at heat sink, ay mga karaniwang pamamaraan din para sa paglamig ng system, ngunit kadalasan ay nangangailangan sila ng mas maraming espasyo o kailangang baguhin ang disenyo upang ma-optimize ang epekto ng paglamig.

Upang magdisenyo ng isang sistema na may mas mataas na pagganap ng thermal, hindi sapat na pumili ng isang mahusay na aparato ng IC at saradong solusyon. Ang pagganap ng heat dissipation ng IC ay depende sa PCB at sa kakayahan ng heat dissipation system na mabilis na palamig ang mga IC device. Sa pamamagitan ng paggamit sa itaas na paraan ng passive cooling, ang pagganap ng heat dissipation ng system ay maaaring lubos na mapabuti.