IC paketleri şunlara dayanır: PCB ısı dağılımı için. 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. PCB düzeninin, kart yapısının ve cihaz montajının dikkatli bir şekilde ele alınması, orta ve yüksek güçlü uygulamalar için ısı dağılımı performansının iyileştirilmesine yardımcı olabilir.

Yarı iletken üreticileri, cihazlarını kullanan sistemleri kontrol etmekte zorlanırlar. Ancak, IC’nin kurulu olduğu bir sistem, genel cihaz performansı için kritik öneme sahiptir. Özel IC cihazları için, sistem tasarımcısı, sistemin yüksek güçlü cihazların birçok ısı yayma gereksinimlerini karşıladığından emin olmak için tipik olarak üretici ile yakın bir şekilde çalışır. Bu erken işbirliği, IC’nin elektrik ve performans standartlarını karşılamasını sağlarken, müşterinin soğutma sistemi içinde düzgün çalışmasını sağlar. Many large semiconductor companies sell devices as standard components, and there is no contact between the manufacturer and the end application. Bu durumda, IC ve sistem için daha iyi bir pasif ısı dağıtma çözümü elde etmeye yardımcı olmak için yalnızca bazı genel yönergeleri kullanabiliriz.

PCB için ısı dağılımı nasıl tasarlanır

Ortak yarı iletken paket tipi çıplak ped veya PowerPADTM paketidir. In these packages, the chip is mounted on a metal plate called a chip pad. Bu tür yonga pedi, yonga işleme sürecinde yongayı destekler ve ayrıca cihazın ısı dağılımı için iyi bir termal yoldur. 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. Çıplak ped paketleri tipik olarak ısının yaklaşık %80’ini paketin altından PCB’ye aktarır. Isının kalan %20’si cihaz kabloları ve paketin çeşitli tarafları aracılığıyla yayılır. Isının %1’den daha azı paketin üst kısmından dışarı çıkar. Bu çıplak ped paketleri durumunda, belirli cihaz performansını sağlamak için iyi PCB ısı dağılımı tasarımı şarttır.

PCB tasarımının termal performansı iyileştiren ilk yönü, PCB cihaz düzenidir. Mümkün olduğunda, PCB üzerindeki yüksek güçlü bileşenler birbirinden ayrılmalıdır. Yüksek güçlü bileşenler arasındaki bu fiziksel boşluk, her bir yüksek güçlü bileşenin etrafındaki PCB alanını en üst düzeye çıkarır ve bu da daha iyi ısı transferi elde edilmesine yardımcı olur. Care should be taken to separate temperature sensitive components from high power components on the PCB. Mümkün olan her yerde, yüksek güçlü bileşenler PCB’nin köşelerinden uzağa yerleştirilmelidir. Daha ara bir PCB konumu, yüksek güçlü bileşenlerin etrafındaki kart alanını en üst düzeye çıkarır ve böylece ısının dağıtılmasına yardımcı olur. İki özdeş yarı iletken cihaz gösterilmiştir: A ve B bileşenleri. PCB’nin köşesinde bulunan A bileşeni, daha merkezi olarak konumlandırılan B bileşeninden %5 daha yüksek A çip bağlantı sıcaklığına sahiptir. A bileşeninin köşesindeki ısı dağılımı, ısı dağıtımı için kullanılan bileşenin etrafındaki daha küçük panel alanı ile sınırlıdır.

İkinci yön, PCB tasarımının termal performansı üzerinde en belirleyici etkiye sahip olan PCB’nin yapısıdır. Genel bir kural olarak, PCB’de ne kadar fazla bakır varsa, sistem bileşenlerinin termal performansı o kadar yüksek olur. Yarı iletken cihazlar için ideal ısı dağılımı durumu, çipin büyük bir sıvı soğutmalı bakır bloğu üzerine monte edilmesidir. Bu, çoğu uygulama için pratik değildir, bu nedenle ısı dağılımını iyileştirmek için PCB’de başka değişiklikler yapmak zorunda kaldık. 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.

Mümkün olduğunda, PCB bakır katmanlarının sayısını ve kalınlığını en üst düzeye çıkarın. Topraklama bakırının ağırlığı genellikle büyüktür ve bu, tüm PCB ısı dağılımı için mükemmel bir termal yoldur. The arrangement of the wiring of the layers also increases the total specific gravity of copper used for heat conduction. Bununla birlikte, bu kablolama genellikle elektriksel olarak yalıtılmıştır ve potansiyel bir ısı emici olarak kullanımını sınırlar. Cihaz topraklaması, ısı iletimini en üst düzeye çıkarmaya yardımcı olmak için mümkün olduğunca çok sayıda topraklama katmanına elektriksel olarak bağlanmalıdır. Yarı iletken aygıtın altındaki PCB’deki ısı dağıtma delikleri, ısının PCB’nin gömülü katmanlarına girmesine ve kartın arkasına aktarılmasına yardımcı olur.

Bir PCB’nin üst ve alt katmanları, geliştirilmiş soğutma performansı için “ana konumlardır”. Daha geniş kablolar kullanmak ve yüksek güçlü cihazlardan uzağa yönlendirmek, ısı dağılımı için termal bir yol sağlayabilir. Özel ısı iletim panosu, PCB ısı dağılımı için mükemmel bir yöntemdir. Termal iletken plaka, PCB’nin üstünde veya arkasında bulunur ve doğrudan bakır bağlantı veya termal açık delik yoluyla cihaza termal olarak bağlanır. Sıralı paketleme durumunda (yalnızca paketin her iki tarafında uçlar bulunur), ısı iletim plakası, “köpek kemiği” şeklinde PCB’nin üstüne yerleştirilebilir (ortası paket kadar dardır, bakırın paketten uzakta geniş bir alanı vardır, ortada küçük ve her iki uçta da büyük). Dört taraflı paket durumunda (dört tarafı da kablolarla birlikte), ısı iletim plakası PCB’nin arkasına veya PCB’nin içine yerleştirilmelidir.

Isı iletim plakasının boyutunu artırmak, PowerPAD paketlerinin termal performansını iyileştirmenin mükemmel bir yoludur. Different size of heat conduction plate has great influence on thermal performance. Tablolu bir ürün veri sayfası genellikle bu boyutları listeler. Ancak eklenen bakırın özel PCB’ler üzerindeki etkisini ölçmek zordur. 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. Bu hesaplama araçları, PCB tasarımının ısı dağılımı performansını ne ölçüde etkilediğini vurgulamaktadır. 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. Çift sıralı paketlerde, ısıyı dağıtmak için “köpek kemiği” ped stilini kullanabiliriz.

Son olarak, daha büyük PCB’lere sahip sistemler de soğutma için kullanılabilir. 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. Termal iletkenlik ve maliyet göz önüne alındığında, vida sayısı azalan verim noktasına kadar maksimize edilmelidir. Metal PCB sertleştirici, termal plakaya bağlandıktan sonra daha fazla soğutma alanına sahiptir. PCB muhafazasının bir kabuğa sahip olduğu bazı uygulamalar için, B TİPİ lehim yama malzemesi, hava soğutmalı kabuğa göre daha yüksek bir termal performansa sahiptir. Fanlar ve kanatçıklar gibi soğutma çözümleri de sistem soğutması için yaygın olarak kullanılır, ancak genellikle soğutmayı optimize etmek için daha fazla alan gerektirir veya tasarım değişiklikleri gerektirir.

Isıl performansı yüksek bir sistem tasarlamak için iyi bir IC cihazı ve kapalı çözüm seçmek yeterli değildir. IC soğutma performansı planlaması, PCB’ye ve IC cihazlarının hızla soğumasını sağlamak için soğutma sisteminin kapasitesine bağlıdır. Yukarıda bahsedilen pasif soğutma yöntemi, sistemin ısı yayma performansını büyük ölçüde iyileştirebilir.