IC пакети покладаються на Друкована плата для тепловідведення. 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. Обережне поводження з розміщенням друкованої плати, структурою плати та кріпленням пристрою може допомогти покращити продуктивність відводу тепла для додатків середньої та великої потужності.

Виробники напівпровідників мають труднощі з контролем систем, які використовують їх пристрої. However, a system with an IC installed is critical to overall device performance. Для користувацьких пристроїв ІС розробник системи зазвичай тісно співпрацює з виробником, щоб переконатися, що система відповідає багатьом вимогам тепловіддачі пристроїв великої потужності. Ця рання співпраця гарантує, що ІС відповідає електричним та експлуатаційним стандартам, забезпечуючи при цьому належну роботу в системі охолодження замовника. Many large semiconductor companies sell devices as standard components, and there is no contact between the manufacturer and the end application. У цьому випадку ми можемо використовувати лише деякі загальні вказівки, які допоможуть досягти кращого рішення для пасивного тепловіддачі для ІС та системи.

Як розробити тепловіддачу для друкованих плат

Загальноприйнятий тип напівпровідникової упаковки – це голий блок або пакет PowerPADTM. In these packages, the chip is mounted on a metal plate called a chip pad. Цей вид стружкових колодок підтримує мікросхему в процесі обробки стружки, а також є хорошим тепловим шляхом для розсіювання тепла пристроєм. 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. Пакети з голими прокладками зазвичай передають близько 80% тепла в друковану плату через нижню частину упаковки. Решта 20% тепла виділяється через дроти пристрою та різні сторони упаковки. Менше 1% тепла виходить через верхню частину упаковки. У разі використання цих пакетів з чистою підкладкою хороша конструкція тепловіддачі друкованої плати є важливою для забезпечення певної продуктивності пристрою.

Перший аспект конструкції друкованої плати, що покращує теплові характеристики, – це компонування пристрою з друкованої плати. По можливості, компоненти великої потужності на друкованій платі слід відокремлювати один від одного. Цей фізичний інтервал між високопотужними компонентами максимально збільшує площу друкованої плати навколо кожного компонента високої потужності, що допомагає досягти кращої тепловіддачі. Care should be taken to separate temperature sensitive components from high power components on the PCB. По можливості, потужні компоненти слід розташовувати подалі від кутів друкованої плати. Більш проміжне положення друкованої плати збільшує площу дошки навколо потужних компонентів, тим самим допомагаючи розсіювати тепло. Показано два однакових напівпровідникових пристрою: компоненти А і В. Компонент А, розташований на кутку друкованої плати, має температуру переходу стружки А на 5% вище, ніж компонент В, який розташований більш центрально. Тепловіддача в кутку компонента А обмежена меншою площею панелі навколо компонента, що використовується для відводу тепла.

Другий аспект – це структура друкованої плати, яка має найбільш вирішальний вплив на теплові характеристики конструкції друкованої плати. За загальним правилом, чим більше міді в друкованій платі, тим вище теплова продуктивність компонентів системи. Ідеальною ситуацією відводу тепла для напівпровідникових пристроїв є те, що мікросхема встановлена ​​на великому блоці міді з рідинним охолодженням. Це непрактично для більшості застосувань, тому нам довелося внести інші зміни в друковану плату, щоб покращити тепловіддачу. 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.

По можливості збільшуйте кількість і товщину мідних шарів друкованої плати. Вага заземлювальної міді, як правило, великий, що є відмінним тепловим шляхом для всього тепловідведення друкованої плати. The arrangement of the wiring of the layers also increases the total specific gravity of copper used for heat conduction. Однак ця проводка зазвичай має електричну ізоляцію, що обмежує її використання як потенційний тепловідвід. Заземлення пристрою повинно бути підключено якомога електричніше до якомога більшої кількості шарів заземлення, щоб сприяти максимальній теплопровідності. Отвори для розсіювання тепла в друкованій платі під напівпровідниковим пристроєм допомагають теплу надходити у вбудовані шари друкованої плати і передаватись на задній панелі.

Верхній і нижній шари друкованої плати є “основними місцями” для поліпшення охолодження. Використання більш широких проводів і прокладання подалі від потужних пристроїв може забезпечити тепловий шлях для відводу тепла. Спеціальна теплопровідна плата є відмінним методом для розсіювання тепла друкованою платою. Теплопровідна пластина розташована у верхній або задній частині друкованої плати і теплово з’єднана з пристроєм через пряме мідне з’єднання або через тепловий отвір. У разі вбудованої упаковки (тільки з проводами з обох сторін упаковки) теплопровідна пластина може бути розташована на верхній частині друкованої плати, що має форму «собачої кістки» (середина така ж вузька, як упаковка, мідь подалі від упаковки має велику площу, маленьку посередині і велику з обох кінців). У разі чотиристоронньої упаковки (з виводами з усіх чотирьох сторін) теплопровідна пластина повинна бути розташована на задній стороні друкованої плати або всередині друкованої плати.

Збільшення розміру теплопровідної пластини – це чудовий спосіб покращити теплові характеристики пакетів PowerPAD. Different size of heat conduction plate has great influence on thermal performance. У табличній таблиці з даними про продукти зазвичай перераховуються ці розміри. Але кількісно оцінити вплив доданої міді на нестандартні ПХБ важко. 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. Ці інструменти розрахунку підкреслюють, наскільки конструкція друкованої плати впливає на продуктивність відводу тепла. 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. Для подвійних рядних пакетів ми можемо використовувати стиль накладки «собача кістка» для розсіювання тепла.

Нарешті, для охолодження також можна використовувати системи з більшою PCBS. 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. Враховуючи теплопровідність та вартість, кількість гвинтів слід збільшити до рівня зменшення віддачі. Металевий жорсткість з друкованої плати має більшу площу охолодження після підключення до термопластинки. Для деяких застосувань, де корпус друкованої плати має оболонку, матеріал припою типу Т B має більш високі термічні характеристики, ніж оболонка з повітряним охолодженням. Рішення для охолодження, такі як вентилятори та ребра, також зазвичай використовуються для охолодження системи, але вони часто вимагають більше місця або вимагають модифікацій конструкції для оптимізації охолодження.

Щоб спроектувати систему з високими тепловими характеристиками, недостатньо вибрати хороший IC -пристрій і закрите рішення. Планування продуктивності охолодження мікросхеми залежить від ПХД та потужності системи охолодження, що дозволяє пристроям IC швидко охолоджуватися. Згаданий вище метод пасивного охолодження може значно покращити тепловіддачу системи.