Noticias de PCB - Cómo diseñar un sistema de PCB con alto rendimiento térmico

El embalaje IC se basa en la disipación de calor de los pcb. En términos generales, la placa de PCB es el principal método de enfriamiento de dispositivos semiconductores de alta potencia. Un buen diseño de disipación de calor de PCB tiene un gran impacto, puede hacer que el sistema funcione bien y también puede enterrar los peligros ocultos de accidentes térmicos. Manejar cuidadosamente el diseño de pcb, la estructura de la placa y la instalación del equipo ayuda a mejorar el rendimiento de disipación de calor de las aplicaciones de media y alta potencia.

Los fabricantes de semiconductores tienen dificultades para controlar los sistemas que utilizan sus equipos. Sin embargo, los sistemas con IC instalados son esenciales para el rendimiento general del equipo. Para los dispositivos IC personalizados, los diseñadores de sistemas suelen trabajar estrechamente con los fabricantes para garantizar que el sistema cumpla con muchos de los requisitos de disipación de calor de los dispositivos de alta potencia. Esta cooperación temprana garantiza que el IC cumpla con los estándares eléctricos y de rendimiento, al tiempo que garantiza el funcionamiento normal dentro del sistema de refrigeración del cliente. Muchas grandes compañías de semiconductores venden dispositivos como componentes estándar y no hay conexión entre el fabricante y la aplicación final. En este caso, solo podemos usar algunas guías generales para ayudar a lograr mejores soluciones de disipación de calor pasiva para IC y sistemas.

Cómo diseñar un sistema de PCB con alto rendimiento térmico

Los tipos comunes de encapsulamiento de semiconductores son almohadillas desnudas o encapsulamientos powerpadtm. En estos encapsulamientos, el chip se instala en una placa metálica llamada almohadilla de chip. Esta almohadilla de chip soporta el chip durante el procesamiento del CHIP y también es un buen canal térmico para la disipación de calor del dispositivo. Cuando la almohadilla desnuda del paquete se solda al pcb, el calor se expulsa rápidamente del paquete y entra en el pcb. Luego, el calor se disipa en el aire circundante a través de la capa de pcb. El encapsulamiento de la almohadilla desnuda generalmente transfiere alrededor del 80% del calor al PCB a través de la parte inferior del encapsulamiento. El 20% restante del calor se emite a través de los cables del dispositivo y a todos los lados del paquete. Menos del 1% del calor se escapa a través de la parte superior del embalaje. En el caso de estos envases de almohadilla desnuda, un buen diseño de disipación de calor de PCB es crucial para garantizar un cierto rendimiento del equipo.

Un aspecto del diseño de PCB que puede mejorar el rendimiento térmico es el diseño de dispositivos de pcb. Siempre que sea posible, los componentes de alta potencia en los PCB deben separarse entre sí. Esta separación física entre los componentes de alta potencia permite regionalizar las áreas de PCB alrededor de cada uno de ellos, lo que ayuda a lograr una mejor transferencia de calor. Se debe prestar atención a separar los elementos sensibles a la temperatura en el PCB de los elementos de alta potencia. En la medida de lo posible, los componentes de alta potencia deben mantenerse alejados de las esquinas de los pcb. La posición más intermedia del PCB permite una mayor superficie de placas alrededor de los componentes de alta potencia para ayudar a disipar el calor. La figura 2 muestra dos dispositivos semiconductores idénticos: componentes a y B. los componentes a ubicados en la esquina del PCB tienen un 5% más de temperatura de Unión de chips que los componentes b situados en un centro más alto. La disipación de calor en la esquina del componente a está limitada por el área de panel más pequeña alrededor del componente utilizado para la disipación de calor.

El segundo aspecto es la estructura del pcb, que tiene un impacto decisivo en las propiedades térmicas del diseño del pcb. En términos generales, cuanto más cobre tiene el pcb, mayor es el rendimiento térmico de los componentes del sistema. La situación ideal de disipación de calor de los dispositivos semiconductores es instalar el chip en un gran bloque de cobre refrigerado por líquido. Esto no es práctico para la mayoría de las aplicaciones, por lo que tenemos que hacer otros cambios en los PCB para mejorar la disipación de calor. Para la mayoría de las aplicaciones actuales, el volumen total del sistema se está reduciendo, lo que tiene un impacto negativo en el rendimiento de disipación de calor. Los PCBs más grandes tienen más superficie disponible para la transferencia de calor, pero también tienen mayor flexibilidad para dejar suficiente espacio entre los componentes de alta potencia.

En la medida de lo posible, se debe cambiar el número y el grosor de las capas de cobre de los pcb. El peso del cobre de tierra suele ser mayor, que es una buena ruta térmica para la disipación de calor de todo el pcb. La disposición del cableado de la capa también aumenta la proporción total de cobre para la conducción de calor. Sin embargo, este cableado suele estar aislado eléctrico, lo que limita su uso como disipador potencial de calor. La capa de Unión del dispositivo debe estar conectada eléctrica al mayor número posible de capas de Unión para ayudar a la conducción de calor. El agujero de disipación de calor en el PCB debajo del dispositivo Semiconductor ayuda a que el calor entre en la capa de incrustación del PCB y se transmita a la parte posterior de la placa.

La capa superior e inferior del PCB es la "mejor posición" para mejorar el rendimiento de enfriamiento. El uso de cables más amplios y cableado alejado de equipos de alta potencia puede proporcionar una ruta térmica para la disipación de calor. La placa térmica especial es un buen método de disipación de calor de pcb. La placa térmica se encuentra en la parte superior o posterior del pcb.

Conexión térmica al dispositivo a través de una conexión directa de cobre o a través de un agujero térmico. En el caso de un encapsulamiento en línea (solo con cables a ambos lados del encapsulamiento), la placa térmica puede colocarse en la parte superior del PCB en forma de "hueso de perro" (tan estrecho como el en el Medio y el cobre alejado del encapsulamiento tiene una gran superficie, pequeña en el Medio y grande en ambos extremos). Si se trata de un paquete de cuatro lados (con cables en todos los lados), la placa térmica debe estar ubicada en la parte posterior del PCB o en el interior del pcb.

Aumentar el tamaño de la placa térmica es una buena manera de mejorar las propiedades térmicas de los envases powerpad. Las placas térmicas de diferentes tamaños tienen un gran impacto en las propiedades térmicas. Las tablas de datos de productos de la tabla suelen enumerar estas dimensiones. Pero es difícil cuantificar el impacto de la adición de cobre en el PCBs personalizado. Con una calculadora en línea, el usuario puede seleccionar un dispositivo y cambiar el tamaño de la almohadilla de cobre para estimar su impacto en las propiedades térmicas de los PCB no jedec. Estas herramientas de cálculo destacan el grado de influencia del diseño de PCB en el rendimiento de disipación de calor. Para los envases de cuatro lados, en los que el área de la almohadilla superior es exactamente menor que el área de la almohadilla desnuda del dispositivo, la incrustación o la capa posterior es la primera forma de lograr un mejor enfriamiento. Para los envases de doble fila en línea, podemos usar una almohadilla de "hueso de perro" para disipar el calor.

Un sistema de PCB más grande también se puede utilizar para enfriar. Al conectarse a la placa de disipación de calor y a la formación de tierra, los tornillos utilizados para instalar el PCB también pueden proporcionar un acceso térmico efectivo a la base del sistema. Teniendo en cuenta la conductividad térmica y el costo, el número de tornillos debe alcanzar un nivel de disminución de los ingresos. El refuerzo de PCB metálico tiene más área de enfriamiento después de conectarse a la placa de disipación de calor. Para algunas aplicaciones en las que la carcasa de PCB tiene una carcasa, el material de parche de soldadura tipo B tiene mayores propiedades térmicas que la carcasa refrigerada por aire. Las soluciones de enfriamiento, como ventiladores y disipadores de calor, también se suelen utilizar para enfriar el sistema, pero suelen requerir más espacio o modificar el diseño para optimizar el enfriamiento.

Para diseñar un sistema con alto rendimiento térmico, no basta con elegir un buen dispositivo IC y una solución cerrada. La programación del rendimiento de refrigeración del IC depende de la capacidad del PCB y del sistema de refrigeración para que el equipo del IC se enfríe rápidamente. El método de enfriamiento pasivo anterior puede mejorar en gran medida el rendimiento de disipación de calor del sistema.