Leiterplattentechnisch - Die Herausforderung, einen Mikroprozessor auf einer Leiterplatte zu entwerfen

Da die Nachfrage der Verbraucher nach kleineren und schnelleren Geschwindigkeiten weiter steigt, Es gibt schwierige Herausforderungen bei der Lösung des Wärmeableitungsproblems von Leiterplatten (PCBs) with increasing density. Da gestapelte Mikroprozessoren und Logikzellen den GHz-Betriebsfrequenzbereich erreichen, Kosteneffizientes Wärmemanagement ist möglicherweise das oberste Thema für Ingenieure in den Bereichen Design geworden, Verpackung, und Materialien dringend zu lösen.

Die Herstellung von 3D-ICs zur Erzielung einer höheren Funktionsdichte ist ein aktueller Trend geworden, der die Schwierigkeit des thermischen Managements weiter erhöht. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass eine 10°C Temperaturerhöhung die thermische Dichte des 3D IC Chips verdoppelt und die Leistung um mehr als ein Drittel reduziert.

Die Prognosen des International Semiconductor Technology Blueprint (ITRS) zeigen, dass in den nächsten drei Jahren Verbindungsspuren in schwer zu kühlenden Bereichen in Mikroprozessoren bis zu 80% Chipleistung verbrauchen werden. Thermal Design Power (TDP) ist ein Index zur Bewertung der Wärmeableitungsfähigkeit eines Mikroprozessors. Er definiert die bei Erreichen der maximalen Last des Prozessors freigesetzte Wärme und die entsprechende Gehäusetemperatur.

Große Rechenzentren mit Hunderten von Computerservern sind besonders anfällig für Wärmeableitungsprobleme. Nach einigen Schätzungen ist der Kühlventilator des Servers (der bis zu 15% des Stroms verbrauchen kann) tatsächlich zu einer erheblichen Wärmequelle im Server und selbst geworden. Darüber hinaus können die Kühlkosten des Rechenzentrums etwa 40% bis 50% des Stromverbrauchs des Rechenzentrums ausmachen. All diese Fakten stellen höhere Anforderungen an die lokale und ferngesteuerte Temperaturerfassung und Lüftersteuerung.

Herausforderungen im Thermomanagement werden schwieriger, wenn es um Installation von Leiterplatten mit Mehrkernprozessoren. Although each processor core in the processor array may consume less power (and therefore dissipate less heat) than a single-core processor, Der Nettoeffekt auf großen Computerservern ist, dass es zum Computersystem im Rechenzentrum hinzufügt Mehr Wärmeableitung. Kurz gesagt, Mehrere Prozessorkerne auf einem bestimmten Bereich der Leiterplatte ausführen.

Ein weiteres heikles IC-Thermomanagement-Problem betrifft Hot Spots, die auf Chipverpackungen erscheinen. Der Wärmefluss kann bis zu 1000W/cm2 hoch sein, was ein Zustand ist, der schwer zu verfolgen ist.

PCB spielt eine wichtige Rolle im thermischen Management, das thermische Design Layout ist erforderlich. Konstrukteure sollten Hochleistungskomponenten so weit wie möglich voneinander entfernt halten. Darüber hinaus, Diese Hochleistungskomponenten sollten so weit weg von den Ecken des PCB wie möglich, Das hilft, den Leiterplattenbereich um die Leistungskomponenten zu maximieren und die Wärmeableitung zu beschleunigen.

Das Löten des freigelegten Power Pads auf die Leiterplatte ist eine gängige Praxis. Im Allgemeinen kann das exponierte Pad-Typ-Power-Pad etwa 80% der Wärme leiten, die durch die Unterseite des IC-Pakets und in die Leiterplatte erzeugt wird. Die verbleibende Wärme wird von den Seiten und Leitungen der Verpackung abgeführt.