Blogue PCB - Technologie de refroidissement PCB et stratégie d'encapsulation IC

Les entreprises de fabrication de semi - conducteurs ont du mal à contrôler les systèmes qui utilisent leurs appareils. Cependant, les systèmes de dispositifs à circuit intégré sont essentiels à la performance globale du dispositif. Pour les dispositifs IC personnalisés, les concepteurs de systèmes travaillent souvent en étroite collaboration avec les fabricants pour s'assurer que le système répond aux nombreuses exigences de refroidissement des dispositifs à forte consommation d'énergie.

Cette coopération mutuelle précoce peut garantir que les dispositifs IC sont conformes aux normes électriques et aux normes de performance, tout en assurant le bon fonctionnement du système de refroidissement du client. De nombreuses grandes entreprises de semi - conducteurs vendent des dispositifs avec des composants standard sans aucun lien entre les fabricants et les applications finales. Dans ce cas, nous ne pouvons utiliser que quelques lignes directrices communes pour aider à obtenir de meilleures solutions de refroidissement passif pour les circuits intégrés et les systèmes. Figure 1 conception powerpad le premier aspect de la conception de PCB qui peut améliorer les performances thermiques est la disposition de la conception de PCB. Dans la mesure du possible, les composants à haute consommation sur le PCB doivent être séparés les uns des autres. Cet espacement physique entre les composants haute consommation maximise la surface du PCB autour de chaque composant haute consommation, contribuant ainsi à une meilleure conduction thermique. Il faut prendre soin d'isoler les éléments sensibles à la température sur le PCB des éléments à haute consommation. Dans la mesure du possible, les composants haute consommation doivent être installés loin des coins du PCB.

Un emplacement de PCB plus central peut maximiser la zone de la carte autour des composants à haute consommation pour aider à dissiper la chaleur. La figure 2 montre deux dispositifs semi - conducteurs identiques: les composants a et B. le composant a est situé dans le coin de la conception du PCB et la température de jonction de la puce est 5% plus élevée que le composant B, car le composant B est situé plus près du milieu. La dissipation de chaleur aux coins de l'élément a est limitée en raison de la petite surface autour de l'élément dissipateur de chaleur.

Figure 2 influence de la disposition des composants sur les performances thermiques. La température de la puce du composant d'angle PCB est plus élevée que celle du composant intermédiaire. Le deuxième aspect est la structure du PCB, qui a l'influence la plus décisive sur les propriétés thermiques de la conception du PCB. Le principe général est que plus il y a de cuivre dans le PCB, plus les performances thermiques des composants du système sont élevées.

Les conditions idéales de dissipation de chaleur pour les dispositifs semi - conducteurs sont que la puce est montée sur un grand morceau de cuivre refroidi par liquide. Pour la plupart des applications, cette méthode d'installation n'est pas pratique, nous ne pouvons donc apporter que quelques autres modifications au PCB pour améliorer les performances de dissipation thermique. Pour la plupart des applications actuelles, le volume total du système continue de diminuer, ce qui a un impact négatif sur les performances thermiques. Les PCB plus grands ont une grande surface disponible pour la conduction thermique et ont également une plus grande flexibilité, laissant suffisamment d'espace entre les composants à forte consommation d'énergie. Dans la mesure du possible, essayez d'augmenter le nombre et l'épaisseur des couches de mise à la terre en cuivre PCB. Le poids du cuivre du plan de masse est généralement plus grand et est un bon chemin de dissipation de chaleur pour la dissipation de chaleur de l'ensemble du PCB.

Pour améliorer les performances de dissipation thermique, les couches supérieure et inférieure du PCB sont des « emplacements dorés». L'utilisation de fils plus larges et éloignés des appareils à haute consommation peut fournir un chemin de chauffage pour la dissipation de chaleur. La plaque conductrice de chaleur spéciale est une bonne méthode de dissipation de chaleur PCB. Les plaques conductrices de chaleur sont généralement situées sur le dessus ou sur la face arrière du PCB et sont connectées thermiquement au dispositif par des connexions directes en cuivre ou des Vias thermiques.

Dans le cas d'un boîtier enfichable (seul un boîtier avec des fils sur les deux côtés), une telle plaque conductrice de la chaleur peut être placée sur le dessus du PCB, en forme d'os de chien (aussi petit que le milieu et le boîtier, grande surface de cuivre loin de la connexion du boîtier, petit Au milieu et grand aux deux extrémités). Dans le cas d'un boîtier à quatre côtés (avec des fils sur les quatre côtés), la plaque de transfert de chaleur doit être située à l'arrière du PCB ou dans le PCB.

Figure 3 exemple de la méthode "Dog bone" pour les boîtiers à deux colonnes l'augmentation de la taille des plaques conductrices de chaleur est un excellent moyen d'améliorer les performances thermiques des boîtiers powerpad. Les plaques conductrices de chaleur de différentes tailles ont une grande influence sur les performances thermiques. Les fiches de données des produits fournies sous forme de tableaux répertorient généralement ces tailles. Cependant, il est difficile de quantifier les effets du cuivre ajouté à un PCB personnalisé. À l'aide de certaines calculatrices en ligne, les utilisateurs peuvent choisir un appareil et ensuite modifier la taille des plots de cuivre pour estimer leur impact sur les performances thermiques des PCB non jedec. Ces outils de calcul mettent en évidence l'impact de la conception de PCB sur les performances de dissipation thermique. Pour un boîtier à quatre faces, la surface du plot supérieur est juste inférieure à la surface du plot nu du dispositif. Dans ce cas, la première façon d'obtenir un meilleur refroidissement est la couche enterrée ou la couche dorsale. Pour le package à double rangée, nous pouvons utiliser le type de coussin « os de chien» pour dissiper la chaleur.

Enfin, les systèmes avec des PCB plus grands peuvent également être utilisés pour le refroidissement. Lorsque les vis dissipatent la chaleur sont connectées à la plaque conductrice de chaleur et au plan de masse, certaines vis utilisées pour le montage des PCB peuvent également constituer un chemin thermique efficace vers la base du système. Compte tenu des effets de conduction thermique et des coûts, le nombre de vis devrait être le maximum pour atteindre le point de rendement décroissant. Une fois connecté à la plaque conductrice de chaleur, la plaque de renfort PCB métallique a une plus grande surface de refroidissement. Pour certaines applications où les couvercles de PCB ont des boîtiers, les matériaux de réparation soudés à contrôle de type ont des propriétés thermiques plus élevées que les boîtiers refroidis à l'air. Les solutions de refroidissement, telles que les ventilateurs et les radiateurs, sont également des méthodes courantes de refroidissement des systèmes, mais elles nécessitent généralement plus d'espace ou nécessitent des modifications de conception pour optimiser le refroidissement.

Pour concevoir un système avec des performances thermiques élevées, il ne suffit pas de choisir un bon dispositif IC et une solution fermée. La planification des performances thermiques d'un dispositif IC dépend de la capacité du PCB et du système thermique qui permet un refroidissement rapide du dispositif IC. La méthode de refroidissement passif peut grandement améliorer les performances de dissipation thermique du système.