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Las empresas de fabricación de semiconductores tienen dificultades para controlar los sistemas que utilizan sus equipos. Sin embargo, el sistema de los dispositivos de circuitos integrados es crucial para el rendimiento general de los dispositivos. 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 enfriamiento de los dispositivos de alto consumo de energía.
Esta cooperación mutua temprana puede garantizar que los dispositivos IC cumplan con los estándares eléctricos y los estándares de rendimiento, al tiempo que garantiza el funcionamiento normal del sistema de refrigeración del cliente. Muchas grandes compañías de semiconductores venden dispositivos con componentes estándar, sin conexión entre fabricantes y aplicaciones terminales. En este caso, solo podemos usar algunas pautas comunes para ayudar a lograr mejores soluciones de enfriamiento pasivo para IC y sistemas. Figura 1 el primer aspecto del diseño de PCB en el que el diseño de powerpad puede mejorar el rendimiento térmico es el diseño de diseño de pcb. Siempre que sea posible, los componentes de alto consumo de energía en los PCB deben estar separados entre sí. Esta distancia física entre los componentes de alto consumo de energía maximiza el área del PCB alrededor de cada uno de ellos, ayudando así a una mejor conducción térmica. Se debe prestar atención a aislar los elementos sensibles a la temperatura en el PCB de los elementos de alto consumo de energía. Siempre que sea posible, los componentes de alto consumo de energía deben instalarse lejos de las esquinas de los pcb.
La posición más central del PCB permite maximizar el área de la placa de circuito alrededor del componente de alto consumo de energía para ayudar a disipar el calor. La figura 2 muestra dos dispositivos semiconductores idénticos: los componentes a y B. los componentes a se encuentran en la esquina del diseño del PCB y la temperatura de Unión del chip es un 5% más alta que la del componente b, ya que la posición del componente B está más cerca del centro. Debido al pequeño área alrededor del elemento de disipación de calor, la disipación de calor en la esquina del elemento a está limitada.
Figura 2 el efecto del diseño del componente en el rendimiento térmico. La temperatura del chip del componente de esquina de PCB es superior a la del componente intermedio. El segundo aspecto es la estructura del pcb, que tiene el impacto más decisivo en las propiedades térmicas del diseño del pcb. El principio general es que cuanto más cobre hay en el pcb, mayor es el rendimiento térmico de los componentes del sistema.
La condición ideal de disipación de calor de los dispositivos semiconductores es que el chip se instale en un gran bloque de cobre refrigerado por líquido. Para la mayoría de las aplicaciones, este método de instalación no es práctico, por lo que solo podemos hacer algunos otros cambios en los PCB para mejorar el rendimiento de disipación de calor. Para la mayoría de las aplicaciones actuales, el volumen total del sistema continúa reduciéndose, lo que tiene un impacto negativo en las propiedades térmicas. Los PCB más grandes tienen una mayor superficie disponible para la conducción de calor y también tienen una mayor flexibilidad, dejando suficiente espacio entre los componentes de alto consumo de energía. Siempre que sea posible, trate de aumentar el número y el espesor de la formación de cobre de pcb. El peso del cobre plano de tierra es generalmente grande y es una buena ruta de disipación de calor para toda la disipación de calor de pcb.
Para mejorar el rendimiento de disipación de calor, la parte superior e inferior del PCB son "posiciones de oro". El uso de cables más amplios y alejados de dispositivos de alto consumo de energía puede proporcionar una ruta de calentamiento para la disipación de calor. La placa térmica especial es un buen método de disipación de calor de pcb. La placa térmica se encuentra generalmente en la parte superior o posterior del PCB y se conecta térmicamente con el dispositivo a través de una conexión directa de cobre o un agujero térmico.
En el caso de los envases enchufables rectos (envases con solo cables en ambos lados), esta placa térmica puede ubicarse en la parte superior del PCB en forma de "hueso de perro" (tan pequeño en el Medio como en el encapsulamiento, con una gran superficie de cobre lejos de la conexión del encapsulamiento, pequeña en el Medio y grande en ambos extremos). En el caso de encapsulamiento de cuatro lados (con cables en ambos lados), la placa de transferencia de calor debe estar ubicada en la parte posterior del PCB o entrar en el pcb.
Figura 3 un ejemplo del método "hueso de perro" de encapsulamiento en línea de doble fila para aumentar el tamaño de la placa térmica es una buena manera de mejorar el rendimiento térmico del encapsulamiento powerpad. Las placas térmicas de diferentes tamaños tienen un gran impacto en las propiedades térmicas. Las hojas de datos del producto proporcionadas en forma de tabla suelen enumerar estas dimensiones. Sin embargo, es difícil cuantificar el impacto del cobre añadido al PCB personalizado. Con algunas calculadoras en línea, el usuario puede seleccionar un dispositivo y luego 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 impacto del diseño de PCB en el rendimiento de disipación de calor. Para el embalaje de cuatro lados, el área de la almohadilla superior es exactamente menor que el área de la almohadilla desnuda del dispositivo. En este caso, la primera forma de lograr un mejor enfriamiento es enterrar la capa o la capa posterior. Para los envases de doble fila en línea, podemos usar la almohadilla "hueso de perro" para disipar el calor.
Finalmente, los sistemas con mayor PCB también están disponibles para el enfriamiento. Cuando la disipación de calor del tornillo se conecta a la placa térmica y al plano de tierra, algunos tornillos utilizados para instalar el PCB también pueden convertirse en una ruta térmica efectiva a la base del sistema. Teniendo en cuenta el efecto de transmisión de calor y el costo, el número de tornillos debe ser el máximo para alcanzar el punto de disminución de los ingresos. Después de conectarse a la placa térmica, la placa de refuerzo de PCB metálico tiene una mayor superficie de enfriamiento. Para algunas aplicaciones en las que los PCB tienen carcasas cubiertas, el material de reparación de soldadura controlado por tipo tiene mayores propiedades térmicas que las carcasas refrigeradas por aire. Las soluciones de enfriamiento, como ventiladores y radiadores, también son formas comunes de enfriar el sistema, pero suelen requerir más espacio o modificar el diseño para optimizar el efecto de 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 térmico de los dispositivos IC depende de la capacidad de los PCB y del sistema térmico que permite que los dispositivos IC se enfríen rápidamente. El método de enfriamiento pasivo puede mejorar en gran medida el rendimiento de disipación de calor del sistema.
