Technologie PCB - Conseils d'utilisation de dissipation de chaleur de carte PCB et stratégie d'encapsulation IC

Le boîtier IC monté en surface repose sur la carte de circuit imprimé pour dissiper la chaleur. En général, les PCB sont la principale méthode de refroidissement des dispositifs semi - conducteurs de haute puissance. Une bonne conception thermique de PCB a un impact énorme, elle peut maintenir le bon fonctionnement du système et peut également enterrer les dangers cachés des accidents thermiques. Une manipulation minutieuse de la disposition du PCB, de la structure de la carte et du placement du dispositif peut aider à améliorer les performances thermiques des applications de puissance moyenne à élevée.

Les entreprises de fabrication de semi - conducteurs ont du mal à contrôler les systèmes utilisés par leurs équipements. Cependant, le système dans lequel le ci est installé est essentiel 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 thermiques des dispositifs haute puissance. Cette collaboration précoce garantit que les ci répondent aux normes électriques et de performance tout en restant opérationnels au sein du système de refroidissement du client. De nombreuses grandes entreprises de semi - conducteurs vendent leurs appareils en tant que composants standard, sans aucun lien entre le fabricant et l'application finale. Dans ce cas, nous ne pouvons utiliser que quelques directives générales pour aider à obtenir de meilleures solutions de refroidissement passif pour les ci et les systèmes.

Les types courants de boîtiers de semi - conducteurs sont des plots exposés ou des boîtiers de type powerpadtm. Dans ces boîtiers, la puce est connectée à un morceau de métal appelé plot de noyau. Ce plot de puce supporte la puce lors de son traitement et constitue également un bon chemin thermique pour la dissipation thermique du dispositif. Lorsque les Plots exposés du boîtier sont soudés au PCB, la chaleur peut être rapidement dissipée du boîtier et entrer dans le PCB. Après cela, la chaleur est dissipée à travers les différentes couches de PCB et dans l'air ambiant. Les boîtiers à Plots exposés conduisent généralement environ 80% de la chaleur entrant dans le PCB par le fond du boîtier. Les 20% restants sont dissipés par les fils du dispositif et par tous les côtés du boîtier. Moins de 1% de la chaleur est dissipée par le Haut de l'emballage. Pour ces boîtiers à Plots exposés, une bonne conception thermique du PCB est essentielle pour assurer une certaine performance du dispositif. Un aspect de la conception de PCB qui peut améliorer les performances thermiques est la disposition des dispositifs PCB. Dans la mesure du possible, les composants de haute puissance sur le PCB doivent être séparés les uns des autres. Cette séparation physique entre les composants haute puissance permet à la zone PCB autour de chaque composant haute puissance de contribuer à un meilleur transfert de chaleur. Il faut prendre soin d'isoler les composants sensibles à la température des composants à haute consommation sur le PCB. Dans la mesure du possible, les composants haute puissance doivent être installés loin des coins du PCB. L'emplacement plus central du PCB minimise la surface de la carte autour des éléments consommateurs d'énergie pour aider à dissiper la chaleur. Le deuxième aspect est la structure du PCB, un aspect qui a une influence décisive sur les propriétés thermiques de la conception du PCB. La règle générale est que plus un PCB contient de cuivre, meilleures sont les performances thermiques des composants du système. La situation idéale de dissipation de chaleur pour les dispositifs semi - conducteurs est le montage de la puce sur un gros bloc de cuivre refroidi par liquide. Pour la plupart des applications, cette méthode de placement n'est pas pratique, nous ne pouvons donc apporter que quelques autres modifications au PCB pour améliorer les performances thermiques. Pour la plupart des applications d'aujourd'hui, la taille globale du système diminue, ce qui affecte négativement les performances thermiques. Plus le PCB est grand, plus la surface disponible pour la conduction thermique est grande et plus la flexibilité est grande pour laisser suffisamment d'espace entre les composants à haute puissance. Optimisez autant que possible le nombre et l'épaisseur des plans de masse en cuivre de votre PCB. Le cuivre du plan de masse est généralement lourd et c'est un bon chemin thermique pour la dissipation de chaleur de l'ensemble du PCB. La disposition du câblage pour chaque couche augmente également la proportion globale de cuivre pour la conduction thermique. Cependant, ce routage est généralement réalisé en isolation électrique et thermique, ce qui limite son rôle de radiateur potentiel. Le plan de masse de l'appareil doit être câblé électriquement autant que possible pour aider à la conduction thermique. Les porosités thermiques sur le PCB sous le dispositif semi - conducteur aident la chaleur à pénétrer dans la couche enterrée du PCB et à la conduire vers la face arrière de la carte. Les couches supérieure et inférieure du PCB sont des « zones d'or» pour améliorer les performances thermiques. L'utilisation de fils plus larges, loin des appareils à haute puissance, peut fournir un chemin thermique pour dissiper la chaleur. Les ailettes de refroidissement dédiées sont un excellent moyen de dissiper la chaleur. Les plages chaudes 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 pores chauds. Dans le cas d'un boîtier en ligne (boîtier avec des fils sur les deux côtés seulement), ce coussin thermique peut être situé sur le dessus du PCB, en forme d'os de chien (le milieu est aussi étroit que le boîtier et la surface de cuivre de connexion à l'écart du boîtier est plus grande. Grand, petit au milieu et grand aux deux extrémités). Dans le cas d'un boîtier à quatre côtés (avec des fils sur tous les côtés), le tampon thermique doit être à l'arrière du PCB ou dans le PCB. L'augmentation de la taille du coussin thermique est un excellent moyen d'améliorer les performances thermiques d'un boîtier de type powerpad. Différentes tailles de plaques conductrices de chaleur ont un impact significatif sur les performances thermiques. Les fiches produits fournies sous forme de tableaux énumèrent généralement ces tailles. Cependant, il est difficile de quantifier l'impact de l'ajout de cuivre pour les PCB personnalisés. 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 soulignent à quel point la conception de PCB affecte les performances thermiques. Pour un boîtier à quatre côtés, la surface des plots supérieurs est juste inférieure à la surface des plots exposés du dispositif, auquel cas la couche enterrée ou la couche arrière est le premier moyen d'obtenir un meilleur refroidissement. Pour le boîtier à double rangée, nous pouvons utiliser le mode de rembourrage « os de chien» pour dissiper la chaleur. Certaines des vis utilisées pour monter le PCB peuvent également être des chemins thermiques efficaces vers la base du système, où les vis sont connectées thermiquement aux plages chaudes et au plan de masse. Compte tenu de la conductivité thermique et du coût, le nombre de vis doit atteindre le point de rendement décroissant. Les renforts métalliques de PCB ont plus de surface de refroidissement après avoir été attachés à la plaque conductrice de chaleur. Pour certaines applications où les PCB sont recouverts de boîtiers, les coins arrondis de soudure profilés 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 du système, 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 des circuits intégrés dépend de la capacité de la carte PCB et du système de refroidissement à refroidir rapidement le dispositif IC. En utilisant les méthodes de refroidissement passif décrites ci - dessus, il est possible d'améliorer considérablement les performances de dissipation thermique du système.