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Cuando se trata de instalar placas de PCB que contienen procesadores multicéntricos, el desafío de la gestión térmica se volverá más difícil. Aunque cada núcleo de procesador en la matriz de procesadores puede consumir menos potencia que un procesador de núcleo único, disipando así menos calor, el impacto neto en los grandes servidores informáticos es agregar más disipación de calor al sistema informático del Centro de datos. En resumen, ejecutar más núcleos de procesador en el área dada del pcb.
Otro problema espinoso de la gestión térmica de IC involucra los puntos calientes que aparecen en el embalaje de chips. El flujo de calor puede alcanzar los 1000wcm2, que es un Estado difícil de rastrear.
Los PCB juegan un papel importante en la gestión térmica, por lo que es necesario realizar un diseño de diseño térmico. Los ingenieros de diseño deben mantener los componentes de alta potencia lo más alejados posible entre sí. Además, estos componentes de alta potencia deben mantenerse lo más alejados posible de los rincones de los pcb, lo que ayudará a maximizar el área de los PCB alrededor de los componentes de potencia y acelerar la disipación de calor.
Es una práctica común soldar la almohadilla de alimentación expuesta al pcb. En general, las almohadillas de alimentación tipo almohadilla expuestas pueden transmitir alrededor del 80% del calor al PCB a través de la parte inferior del paquete ic. El calor restante se desprenderá de los lados del paquete y de los cables.
Los ingenieros de diseño de PCB asistentes térmicos ahora pueden pedir ayuda a muchos productos de gestión térmica mejorados. Estos productos incluyen radiadores, tubos de calor y ventiladores, que se pueden utilizar para lograr convección activa y pasiva, radiación y enfriamiento por conducción. Incluso el método de interconexión para instalar chips en el PCB ayuda a aliviar los problemas de disipación de calor.
Por ejemplo, los métodos comunes de almohadilla expuesta para conectar chips IC a PCB pueden aumentar los problemas de disipación de calor. Cuando el camino expuesto se solda al pcb, el calor huye rápidamente del encapsulamiento y entra en el tablero de pcb, que luego se disipa en el aire circundante a través de varias capas del tablero de pcb.
Texas Instruments ti inventó un método powerpad que permite instalar chips IC en discos metálicos. La almohadilla del núcleo apoyará el núcleo durante el proceso de fabricación y servirá como una buena ruta de disipación de calor para disipar el calor del chip.
Matt romig, gerente de productos de encapsulamiento simulado de ti, señaló que el método powerstack de ti es la primera tecnología de encapsulamiento 3D que puede apilar MOSFET verticales de borde alto. La tecnología integra MOSFET de lado alto y bajo fijado en su lugar a través de clips de cobre, y utiliza almohadillas expuestas al potencial de tierra para mejorar el diseño de optimización de calefacción. El uso de dos clips de cobre para conectar los pines de voltaje de entrada y salida puede formar un paquete qfn cuadrado sin alambre más integrado. La gestión térmica de los equipos eléctricos es más desafiante. La demanda de procesamiento de señales de mayor frecuencia y reducción del tamaño del paquete ha marginado gradualmente la tecnología de enfriamiento tradicional. Kaverazar, Presidente y CEO de Advanced Thermal solutions, recomienda el uso de dispositivos termoeléctricos de película delgada integrados con microcanales refrigerados por agua.
Hazard imaginó una solución para minimizar la resistencia térmica máxima en la ruta de disipación de calor, es decir, la resistencia térmica de difusión, vinculando el disipador de calor directamente al chip del procesador.
Este método permite disipar el calor acumulado en un pequeño chip de microprocesador a una base de disipador de calor más grande, y luego disiparlo en el entorno circundante. Este disipador de calor forzado incorporado integra microcanales y mini canales en un paquete de silicio. La velocidad del agua en el canal es de aproximadamente 05 a 1 L / min.
Los resultados de la simulación muestran que en el chip de 1010 mm en el paquete bga de la matriz de rejilla esférica, el área del Gabinete del disipador de calor de 120120 MM puede producir una resistencia térmica de 0055 KW. El uso de materiales de disipación de calor con una conductividad térmica igual o superior a la del diamante puede producir una resistencia térmica de 0030kw.
Paul magill, Vicepresidente de marketing y desarrollo de Negocios de nextreme Thermal solutions, también recomendó la tecnología de enfriamiento térmico y anunció que el enfriamiento debe comenzar a nivel de chip. La compañía ofrece tecnología de gestión térmica localizada dentro de los componentes electrónicos. Esta tecnología utiliza una estructura etec termoeléctrica de película delgada llamada bomba de calor. Este material disipador de calor activo está incrustado en la interconexión de chips invertidos, como las protuberancias de soldadura de columnas de cobre para envases electrónicos.
Lograr el enfriamiento local a nivel de chip, núcleo y encapsulamiento puede generar importantes beneficios económicos. Por ejemplo, en un centro de datos con miles o cientos de microprocesadores avanzados, este método es más eficaz que el uso de sistemas de aire acondicionado más caros y grandes para disipar el calor.
En algunos dispositivos, como los led, el uso combinado de tecnologías de enfriamiento pasivo y activo puede mejorar el rendimiento y la vida útil del dispositivo. Por ejemplo, el uso de un ventilador en un disipador de calor suele reducir la resistencia térmica a 05w, una mejora significativa en comparación con el típico 10w logrado con un disipador de enfriamiento pasivo solo.
La simulación repetida del control térmico ha sido y seguirá siendo uno de los factores limitantes para lograr un mayor rendimiento ic. En estos IC cada vez más pequeños y sus encapsulamientos, el espacio se vuelve cada vez más valioso y casi no hay espacio para ayudar a enfriarse. Esto obliga a los ingenieros de diseño a considerar el uso de técnicas de enfriamiento externo y nuevos materiales de enfriamiento mejorados constantemente.
En cualquier caso, la premisa básica sigue siendo válida: los ingenieros de diseño de PCB deben prestar más atención a la ciencia térmica para lograr la mejor solución de enfriamiento. Todo el proceso debe comenzar con el software de análisis térmico, que es mucho antes de que el diseño se ponga en producción.
