IC packages rely on PCB para sa heat dissipation. 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. Ang maingat na paghawak ng layout ng PCB, istraktura ng board, at pag-mount ng aparato ay maaaring makatulong na mapabuti ang pagganap ng pagwawaldas ng init para sa medium – at mataas na kapangyarihan na mga application.

Ang mga tagagawa ng semiconductor ay nahihirapan sa pagkontrol ng mga system na gumagamit ng kanilang mga aparato. However, a system with an IC installed is critical to overall device performance. Para sa mga pasadyang aparato ng IC, ang taga-disenyo ng system ay karaniwang gumagana nang malapit sa tagagawa upang matiyak na natutugunan ng system ang maraming mga kinakailangan sa pagwawaldas ng init ng mga aparatong mataas ang lakas. This early collaboration ensures that the IC meets electrical and performance standards, while ensuring proper operation within the customer’s cooling system. Many large semiconductor companies sell devices as standard components, and there is no contact between the manufacturer and the end application. Sa kasong ito, magagamit lamang namin ang ilang pangkalahatang mga alituntunin upang matulungan makamit ang isang mas mahusay na solusyon sa pagdumi ng init na pasibo para sa IC at system.

Paano mag-disenyo ng pagwawaldas ng init para sa PCB

Karaniwang uri ng pakete na semiconductor ay hubad pad o PowerPADTM na pakete. In these packages, the chip is mounted on a metal plate called a chip pad. Sinusuportahan ng ganitong uri ng chip pad ang maliit na tilad sa proseso ng pagpoproseso ng maliit na tilad, at ito rin ay isang mahusay na thermal path para sa pagwawaldas ng aparatong aparato. 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. Karaniwang inililipat ng mga bare pad package ang tungkol sa 80% ng init sa PCB sa ilalim ng package. The remaining 20% of the heat is emitted through the device wires and various sides of the package. Less than 1% of the heat escapes through the top of the package. Sa kaso ng mga nakabalot na pad na ito, ang mahusay na disenyo ng pagdumi ng init ng PCB ay mahalaga upang matiyak ang ilang pagganap ng aparato.

Ang unang aspeto ng disenyo ng PCB na nagpapabuti sa pagganap ng thermal ay ang layout ng aparato ng PCB. Kailanman posible, ang mga sangkap na may mataas na lakas sa PCB ay dapat na ihiwalay sa bawat isa. Ang pisikal na spacing na ito sa pagitan ng mga sangkap na may lakas na pag-maximize ang lugar ng PCB sa paligid ng bawat bahagi na may mataas na lakas, na makakatulong makamit ang mas mahusay na paglipat ng init. Care should be taken to separate temperature sensitive components from high power components on the PCB. Kung saan posible, ang mga bahagi ng mataas na lakas ay dapat na matatagpuan ang layo mula sa mga sulok ng PCB. Ang isang mas intermediate na posisyon ng PCB ay pinapakinabangan ang lugar ng board sa paligid ng mga sangkap na may mataas na lakas, sa gayon ay nakakatulong na matanggal ang init. Ipinapakita ang dalawang magkaparehong aparato na semiconductor: mga bahagi A at B. Ang Component A, na matatagpuan sa sulok ng PCB, ay may temperatura ng A chip junction na 5% na mas mataas kaysa sa bahagi B, na nakaposisyon nang higit pa sa gitna. Ang pagwawaldas ng init sa sulok ng sangkap A ay limitado ng mas maliit na lugar ng panel sa paligid ng sangkap na ginamit para sa pagwawaldas ng init.

The second aspect is the structure of PCB, which has the most decisive influence on the thermal performance of PCB design. Bilang isang pangkalahatang tuntunin, mas maraming tanso ang PCB, mas mataas ang pagganap ng thermal ng mga bahagi ng system. Ang perpektong sitwasyon ng pagwawaldas ng init para sa mga aparato na semiconductor ay ang chip ay naka-mount sa isang malaking bloke ng likidong pinalamig ng tanso. Hindi ito praktikal para sa karamihan ng mga application, kaya kailangan naming gumawa ng iba pang mga pagbabago sa PCB upang mapabuti ang pagwawaldas ng init. 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.

Kailanman posible, i-maximize ang bilang at kapal ng mga layer ng tanso ng PCB. Ang bigat ng saligan na tanso sa pangkalahatan ay malaki, na kung saan ay isang mahusay na thermal path para sa buong pagdumi ng init ng PCB. The arrangement of the wiring of the layers also increases the total specific gravity of copper used for heat conduction. Gayunpaman, ang mga kable na ito ay karaniwang naka-insulate ng electrically, nililimitahan ang paggamit nito bilang isang potensyal na heat sink. Ang grounding ng aparato ay dapat na wired bilang electrically hangga’t maaari sa maraming mga grounding layer hangga’t maaari upang matulungan ang pag-maximize ng pagpapadaloy ng init. Ang mga butas ng pagwawaldas ng init sa PCB sa ibaba ng aparato na semiconductor ay tumutulong sa init na ipasok ang mga naka-embed na layer ng PCB at ilipat sa likod ng board.

Ang mga layer sa itaas at ilalim ng isang PCB ay “pangunahing lokasyon” para sa pinahusay na pagganap ng paglamig. Ang paggamit ng mas malawak na mga wire at pagruta na malayo sa mga aparatong mataas ang lakas ay maaaring magbigay ng isang thermal path para sa pagwawaldas ng init. Ang espesyal na board ng pagpapadaloy ng init ay isang mahusay na pamamaraan para sa pagwawaldas ng init ng PCB. Ang thermal conductive plate ay matatagpuan sa tuktok o likod ng PCB at thermally konektado sa aparato sa pamamagitan ng alinman sa isang direktang koneksyon sa tanso o isang thermal through-hole. Sa kaso ng pambalot na inline (may mga lead lamang sa magkabilang panig ng pakete), ang plate ng pagpapadaloy ng init ay matatagpuan sa tuktok ng PCB, na hugis tulad ng isang “buto ng aso” (ang gitna ay kasing makitid ng pakete, ang ang tanso na malayo sa pakete ay may malaking lugar, maliit sa gitna at malaki sa magkabilang dulo). Sa kaso ng apat na panig na pakete (na may mga lead sa lahat ng apat na panig), ang plate ng pagpapadaloy ng init ay dapat na matatagpuan sa likuran ng PCB o sa loob ng PCB.

Ang pagdaragdag ng laki ng plate ng pagpapadaloy ng init ay isang mahusay na paraan upang mapagbuti ang pagganap ng thermal ng mga pakete ng PowerPAD. Different size of heat conduction plate has great influence on thermal performance. Karaniwang nakalista sa isang sheet ng data ng produkto ng tabular ang mga sukat na ito. Ngunit ang pagsukat sa epekto ng idinagdag na tanso sa pasadyang PCBS ay mahirap. 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. Itinatampok ng mga tool sa pagkalkula ang lawak kung saan nakakaimpluwensya ang disenyo ng PCB sa pagganap ng disipasyon ng init. 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. Para sa dalawahang mga in-line na package, maaari naming gamitin ang istilo ng “dog bone” pad upang matanggal ang init.

Sa wakas, ang mga system na may mas malaking PCBS ay maaari ding magamit para sa paglamig. 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. Isinasaalang-alang ang thermal conductivity at gastos, ang bilang ng mga turnilyo ay dapat na ma-maximize sa punto ng pagbawas ng mga pagbalik. Ang metal PCB stiffener ay may higit na paglamig na lugar pagkatapos na konektado sa thermal plate. Para sa ilang mga aplikasyon kung saan ang PCB pabahay ay may isang shell, ang TYPE B solder patch material ay may mas mataas na thermal performance kaysa sa air cooled shell. Ang mga solusyon sa paglamig, tulad ng mga tagahanga at palikpik, ay karaniwang ginagamit din para sa paglamig ng system, ngunit madalas silang nangangailangan ng mas maraming puwang o nangangailangan ng mga pagbabago sa disenyo upang ma-optimize ang paglamig.

To design a system with high thermal performance, it is not enough to choose a good IC device and closed solution. Ang pag-iiskedyul ng pagganap ng paglamig ng IC ay nakasalalay sa ANG PCB at ang kapasidad ng sistema ng paglamig upang payagan ang mga aparatong IC na mabilis na lumamig. The passive cooling method mentioned above can greatly improve the heat dissipation performance of the system.