IC пакети покладаються на Друкована плата для тепловідведення. Загалом, друкована плата є основним методом охолодження напівпровідникових пристроїв великої потужності. Хороша конструкція розсіювання тепла на друкованій платі має великий вплив, вона може забезпечити хорошу роботу системи, але також може приховати приховану небезпеку термічних аварій. 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. Однак система з встановленою ІС має вирішальне значення для загальної продуктивності пристрою. 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. Багато великих напівпровідникових компаній продають пристрої як стандартні компоненти, і між виробником та кінцевою програмою немає контакту. In this case, we can only use some general guidelines to help achieve a good passive heat dissipation solution for IC and system.

Загальноприйнятий тип напівпровідникової упаковки – це голий блок або пакет PowerPADTM. У цих упаковках чіп встановлений на металевій пластині, яка називається стружковою накладкою. Цей вид стружкових колодок підтримує мікросхему в процесі обробки стружки, а також є хорошим тепловим шляхом для розсіювання тепла пристроєм. Коли запакована гола прокладка приварюється до друкованої плати, тепло швидко виходить з упаковки та надходить на друковану плату. Потім тепло розсіюється через шари друкованої плати в навколишнє повітря. 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. Слід обережно відокремити чутливі до температури компоненти від компонентів високої потужності на друкованій платі. 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. Figure 2 shows two identical semiconductor devices: components A and B. 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. Для більшості сучасних застосувань загальний обсяг системи скорочується, що негативно впливає на продуктивність відводу тепла. Більші ПХБ мають більшу площу поверхні, яку можна використовувати для передачі тепла, але також мають більшу гнучкість, щоб залишити достатньо місця між компонентами високої потужності.

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. Розташування проводки шарів також збільшує загальну питому вагу міді, що використовується для теплопровідності. 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. Різні розміри теплопровідної пластини мають великий вплив на теплові характеристики. A tabular product data sheet typically lists these dimensions. Але кількісно оцінити вплив доданої міді на нестандартні ПХБ важко. За допомогою онлайн-калькуляторів користувачі можуть вибрати пристрій та змінити розмір мідної прокладки, щоб оцінити її вплив на теплові характеристики друкованої плати, що не є JEDEC. Ці інструменти розрахунку підкреслюють, наскільки конструкція друкованої плати впливає на продуктивність відводу тепла. Для чотиристоронніх пакетів, де площа верхньої колодки трохи менша за площу відкритої колодки пристрою, вбудовування або задній шар є першим способом досягнення кращого охолодження. Для подвійних рядних пакетів ми можемо використовувати стиль накладки «собача кістка» для розсіювання тепла.

Нарешті, для охолодження також можна використовувати системи з більшою PCBS. Гвинти, які використовуються для монтажу друкованої плати, також можуть забезпечити ефективний тепловий доступ до основи системи при підключенні до теплової пластини та шару грунту. 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.