Leiterplattentechnisch - Design PCB Wärmeableitung

IC-Verpackung setzt auf Wärmeableitung von Leiterplatten. Im Allgemeinen, PCB ist die Hauptkühlmethode für Halbleiterbauelemente mit hohem Stromverbrauch. Eine gute Wärmeableitung von Leiterplatten Design hat einen großen Einfluss. Es kann das System gut funktionieren lassen, und es kann auch die versteckten Gefahren von thermischen Unfällen begraben. Sorgfältige Handhabung des Leiterplattenlayouts, Leiterplattenstruktur, Die Platzierung von Geräten kann dazu beitragen, die thermische Leistung von Anwendungen mit mittlerer bis hoher Leistung zu verbessern.

Wie man gestaltet Wärmeableitung von Leiterplatten

Häufige Halbleiterpakettypen sind freiliegende Pad- oder PowerPADTM-Pakete. In diesen Verpackungen wird der Chip auf einem Blech montiert, das als Matrizenpad bezeichnet wird. Dieses Chippad unterstützt den Chip während der Chipverarbeitung und ist auch ein guter Wärmeweg für die Wärmeableitung des Gerätes. Wenn das freiliegende Pad des Pakets mit der Leiterplatte gelötet wird, kann die Wärme schnell aus dem Paket ableiten und dann in die Leiterplatte gelangen. Danach wird die Wärme durch jede Leiterplattenschicht in die Umgebungsluft abgeführt. Exposierte Pad-Pakete leiten im Allgemeinen etwa 80% der Wärme, die durch die Unterseite des Pakets in die Leiterplatte gelangt. Die verbleibende 20% der Wärme wird über die Gerätedrähte und alle Seiten des Gehäuses abgeführt. Weniger als 1% der Wärme wird durch die Oberseite des Gehäuses abgeführt. Für diese exponierten Pad-Pakete ist ein gutes PCB-Wärmeableitungsdesign unerlässlich, um eine bestimmte Geräteleistung sicherzustellen.

Der erste Aspekt des PCB-Designs, der die thermische Leistung verbessern kann, ist das PCB-Gerätelayout. Wenn möglich, sollten Hochleistungskomponenten auf der Leiterplatte voneinander getrennt werden. Diese physikalische Trennung zwischen Hochleistungskomponenten maximiert den Leiterplattenbereich um jede Hochleistungskomponente und trägt so zu einer besseren Wärmeleitung bei. Es sollte darauf geachtet werden, temperaturempfindliche Komponenten auf der Leiterplatte von Hochleistungskomponenten zu isolieren. Wenn möglich, sollte der Installationsort von Hochleistungskomponenten weit weg von den Ecken der Leiterplatte sein. Ein zentralerer PCB-Standort kann den Leiterplattenbereich um Hochleistungskomponenten maximieren und so zur Wärmeableitung beitragen. Zwei identische Halbleiterbauelemente werden gezeigt: Komponenten A und B. Komponente A befindet sich an der Ecke der Leiterplatte und hat eine Chip-Verbindungstemperatur, die 5% höher ist als die der Komponente B, weil Komponente B näher an der Mitte liegt. Da der Plattenbereich um das Bauteil zur Wärmeableitung kleiner ist, ist die Wärmeableitung an der Ecke von Bauteil A begrenzt.

Der zweite Aspekt ist die Struktur der Leiterplatte, die den entscheidenden Einfluss auf die thermische Leistung des Leiterplattendesigns hat. Das allgemeine Prinzip lautet: Je mehr Kupfer in der Leiterplatte ist, desto höher ist die thermische Leistung der Systemkomponenten. Die ideale Wärmeableitung von Halbleiterbauelementen besteht darin, dass der Chip auf einem großen Stück flüssigkeitsgekühltem Kupfer montiert ist. Für die meisten Anwendungen ist diese Montagemethode unpraktisch, so dass wir nur einige andere Änderungen an der Leiterplatte vornehmen können, um die Wärmeableitungsleistung zu verbessern. Für die meisten Anwendungen schrumpft heute das Gesamtvolumen des Systems weiter, was sich nachteilig auf die Wärmeableitungsleistung auswirkt. Je größer die Leiterplatte, desto größer ist die Fläche, die für die Wärmeleitung verwendet werden kann, und sie hat auch eine größere Flexibilität, wodurch genügend Platz zwischen den Hochleistungskomponenten ermöglicht wird.

Wann immer möglich, maximieren Sie die Anzahl und Dicke der Leiterplatten-Kupfer-Masseebenen. Das Gewicht des Bodenschichtkupfers ist im Allgemeinen relativ groß, und es ist ein ausgezeichneter Wärmeweg für die gesamte Leiterplatte, um Wärme abzuleiten. Für die Anordnung und Verdrahtung jeder Schicht erhöht sich auch der Gesamtanteil an Kupfer, das für die Wärmeleitung verwendet wird. Diese Verkabelung ist jedoch meist elektrisch und thermisch isoliert, was ihre Rolle als potenzielle Wärmeableitungsschicht begrenzt. Die Verdrahtung der Geräteerdungsebene sollte mit vielen Erdungsebenen so elektrisch wie möglich sein, um die Wärmeleitung zu maximieren. Die Wärmeableitungsdurchlässe auf der Leiterplatte unter dem Halbleitergerät helfen Wärme, in die vergrabenen Schichten der Leiterplatte einzudringen und zur Rückseite der Leiterplatte zu leiten.

Um die Wärmeableitungsleistung zu verbessern, sind die oberen und unteren Schichten der Leiterplatte "goldene Standorte". Verwenden Sie breitere Drähte und leiten Sie sie von Hochleistungsgeräten weg, um einen thermischen Weg für die Wärmeableitung bereitzustellen. Die dedizierte Thermoplatine ist eine ausgezeichnete Methode zur Wärmeableitung von Leiterplatten. Die Thermoplatine befindet sich im Allgemeinen auf der Oberseite oder Rückseite der Leiterplatte und ist thermisch mit dem Gerät durch direkte Kupferverbindungen oder thermische Durchgänge verbunden. Im Falle von Inline-Verpackungen (nur mit Leitungen auf beiden Seiten) kann diese Art von Wärmeleitplatte auf der Oberseite der Leiterplatte angeordnet sein und wie ein "Hundeknochen" geformt werden (die Mitte ist so schmal wie das Paket, und der Bereich weg von der Verpackung ist relativ klein, groß in der Mitte und groß an den Enden). Bei einem vierseitigen Paket (es gibt Leitungen auf allen vier Seiten) muss sich die wärmeleitende Platte auf der Rückseite der Leiterplatte befinden oder in die Leiterplatte gelangen.

Die Vergrößerung der Thermoplatte ist eine hervorragende Möglichkeit, die thermische Leistung des PowerPAD-Pakets zu verbessern. Unterschiedliche Thermoplattengrößen haben einen großen Einfluss auf die thermische Leistung. Das Produktdatenblatt in Form einer Tabelle listet diese Größeninformationen in der Regel auf. Es ist jedoch schwierig, die Auswirkungen des zugesetzten Kupfers von kundenspezifischen Leiterplatten zu quantifizieren. Mit einigen Online-Rechnern können Benutzer ein Gerät auswählen und dann die Größe des Kupferpads ändern, um seinen Einfluss auf die Wärmeableitungsleistung von Nicht-JEDEC-Leiterplatten abzuschätzen. Diese Berechnungswerkzeuge beleuchten den Einfluss des PCB-Designs auf die thermische Leistung. Bei einem vierseitigen Paket ist die Fläche des oberen Pads gerade kleiner als die Fläche des freiliegenden Pads des Geräts. In diesem Fall ist die vergrabene oder hintere Schicht der erste Weg, um eine bessere Kühlung zu erreichen. Für doppelte Inline-Pakete können wir eine "Dog Bone"-Pad-Art verwenden, um Wärme abzuleiten.

Schließlich können auch Systeme mit größeren Leiterplatten zur Kühlung eingesetzt werden. Für den Fall, dass die Schrauben zur Wärmeableitung mit der wärmeleitenden Platte und der Masseebene verbunden sind, können einige Schrauben, die zur Montage der Leiterplatte verwendet werden, auch effektive Wärmewege zur Systembasis werden. In Anbetracht des Wärmeleitungseffekts und der Kosten sollte die Anzahl der Schrauben der maximale Wert sein, der den Punkt der abnehmenden Erträge erreicht. Nach dem Anschließen an die wärmeleitende Platte hat die Metall-PCB-Verstärkungsplatte mehr Kühlfläche. Für einige Anwendungen, bei denen die Leiterplatte mit einer Schale bedeckt ist, hat das typgesteuerte Schweißreparaturmaterial eine höhere thermische Leistung als die luftgekühlte Schale. Kühllösungen, wie Lüfter und Kühlkörper, sind ebenfalls gängige Methoden für die Systemkühlung, benötigen aber normalerweise mehr Platz oder müssen das Design modifizieren, um den Kühleffekt zu optimieren.

Um ein System mit höherer thermischer Leistung für Wärmeableitung von Leiterplatten, it is far from enough to choose ein gutes IC device and closed solution. Die Wärmeableitungsleistung des IC hängt von der Leiterplatte und der Fähigkeit des Wärmeableitungssystems ab, die IC-Geräte schnell zu kühlen. Durch Verwendung der oben genannten passiven Kühlmethode, Die Wärmeableitungsleistung des Systems kann stark verbessert werden.