IC封裝依賴 PCB 用於散熱。 一般來說，PCB是大功率半導體器件的主要冷卻方式。 一個好的PCB散熱設計有很大的影響，它可以使系統運行良好，但也可以埋下熱事故的隱患。 小心處理 PCB 佈局、電路板結構和設備安裝有助於提高中高功率應用的散熱性能。

半導體製造商難以控制使用其設備的系統。 但是，安裝了 IC 的系統對整體設備性能至關重要。 對於定制 IC 器件，系統設計人員通常與製造商密切合作，以確保系統滿足大功率器件的許多散熱要求。 這種早期合作可確保 IC 滿足電氣和性能標準，同時確保在客戶的冷卻系統內正常運行。 許多大型半導體公司將設備作為標準組件出售，製造商和最終應用之間沒有聯繫。 在這種情況下，我們只能使用一些通用指南來幫助實現 IC 和系統的良好被動散熱解決方案。

常見的半導體封裝類型為裸焊盤或 PowerPADTM 封裝。 在這些封裝中，芯片安裝在稱為芯片焊盤的金屬板上。 這種芯片焊盤在芯片加工過程中支撐芯片，同時也是器件散熱的良好散熱路徑。 當封裝的裸焊盤焊接到 PCB 上時，熱量會迅速從封裝中排出並進入 PCB。 然後熱量通過 PCB 層散發到周圍空氣中。 裸焊盤封裝通常通過封裝底部將大約 80% 的熱量傳遞到 PCB 中。 其餘 20% 的熱量通過器件導線和封裝的各個側面散發。 不到 1% 的熱量通過封裝頂部逸出。 在這些裸焊盤封裝的情況下，良好的PCB散熱設計對於確保一定的器件性能至關重要。

提高熱性能的 PCB 設計的第一個方面是 PCB 設備佈局。 只要有可能，PCB 上的大功率元件應彼此分開。 高功率組件之間的這種物理間距最大化了每個高功率組件周圍的 PCB 面積，這有助於實現更好的熱傳遞。 應注意將 PCB 上的溫度敏感元件與高功率元件分開。 在可能的情況下，大功率元件應遠離 PCB 的角落。 更中間的 PCB 位置可以最大化高功率組件周圍的電路板面積，從而有助於散熱。 圖 2 顯示了兩個相同的半導體器件：組件 A 和 B。 元件 A 位於 PCB 的拐角處，其芯片結溫比元件 B 高 5%，元件 B 位於更中心的位置。 元件 A 拐角處的散熱受到用於散熱的元件周圍較小的面板面積的限制。

第二個方面是PCB的結構，它對PCB設計的熱性能有最決定性的影響。 一般來說，PCB 的銅越多，系統組件的熱性能就越高。 半導體器件理想的散熱情況是芯片安裝在一大塊液冷銅上。 這對於大多數應用來說是不切實際的，因此我們不得不對 PCB 進行其他更改以改善散熱。 對於當今的大多數應用，系統的總體積正在縮小，對散熱性能產生不利影響。 較大的 PCBS 有更多的表面積可用於傳熱，但也有更大的靈活性，可以在高功率組件之間留出足夠的空間。

只要有可能，盡量增加 PCB 銅層的數量和厚度。 接地銅的重量一般都比較大，是整個PCB散熱的極好散熱路徑。 各層佈線的佈置也增加了用於導熱的銅的總比重。 然而，這種佈線通常是電絕緣的，限制了它作為潛在散熱器的使用。 設備接地應盡可能多地連接到盡可能多的接地層，以幫助最大限度地提高熱傳導。 半導體器件下方 PCB 中的散熱孔有助於熱量進入 PCB 的嵌入層並傳遞到板的背面。

PCB 的頂層和底層是提高冷卻性能的“主要位置”。 使用更寬的電線並遠離高功率設備佈線可以提供散熱路徑。 特殊的導熱板是PCB散熱的極好方法。 導熱板位於 PCB 的頂部或背面，通過直接銅連接或熱通孔與器件熱連接。 內嵌式封裝（只在封裝兩側有引線）的情況下，導熱板可以位於PCB的頂部，形狀像“狗骨”（中間與封裝一樣窄，銅離封裝面積大，中間小，兩端大）。 如果是四面封裝（四面都有引線），導熱板必須位於PCB背面或PCB內部。

增加導熱板的尺寸是提高 PowerPAD 封裝熱性能的極好方法。 不同尺寸的導熱闆對熱性能影響很大。 表格產品數據表通常會列出這些尺寸。 但是很難量化添加銅對定制 PCBS 的影響。 使用在線計算器，用戶可以選擇器件並更改銅焊盤的尺寸，以估計其對非 JEDEC PCB 熱性能的影響。 這些計算工具突出了 PCB 設計對散熱性能的影響程度。 對於四面封裝，頂部焊盤的面積略小於器件的裸焊盤面積，嵌入或背層是實現更好冷卻的第一種方法。 對於雙列直插封裝，我們可以使用“狗骨”焊盤樣式來散熱。

最後，具有較大 PCBS 的系統也可用於冷卻。 當連接到熱板和接地層時，用於安裝 PCB 的螺釘還可以為系統底部提供有效的熱通路。 考慮到導熱性和成本，螺桿的數量應該最大化到收益遞減點。 金屬PCB加強筋與散熱板連接後，散熱面積更大。 對於某些 PCB 外殼有外殼的應用，TYPE B 焊片材料比風冷外殼具有更高的熱性能。 冷卻解決方案，例如風扇和散熱片，也常用於系統冷卻，但它們通常需要更多空間或需要修改設計以優化冷卻。

要設計具有高熱性能的系統，僅選擇好的 IC 器件和封閉式解決方案是不夠的。 IC 冷卻性能調度取決於 PCB 和冷卻系統的容量，以允許 IC 設備快速冷卻。 上面提到的被動散熱方式可以大大提高系統的散熱性能。