Technologie PCB - Explication détaillée de la dernière technologie de carte PCB

Lorsqu'il s'agit d'installer une carte PCB contenant un processeur multicœur, les défis de gestion thermique deviennent encore plus difficiles. Bien que chaque cœur de processeur d'une matrice de processeurs puisse consommer moins d'énergie et donc dissiper moins de chaleur qu'un processeur monocœur, l'impact net sur les serveurs informatiques de grande taille est d'ajouter plus de dissipation thermique aux systèmes informatiques du Centre de données. En bref, exécutez plus de cœurs de processeur sur une zone donnée du PCB.

Un autre problème délicat de gestion thermique IC concerne les points chauds qui apparaissent sur le boîtier de la puce. Le flux de chaleur peut aller jusqu'à 1000 wcm2, un état difficile à suivre.

Les PCB jouent un rôle important dans la gestion thermique et nécessitent donc une disposition de conception thermique. Les ingénieurs de conception doivent garder les pièces de haute puissance aussi éloignées que possible. De plus, ces composants de haute puissance doivent être aussi éloignés que possible des coins du PCB, ce qui aidera à maximiser la surface du PCB autour des composants de puissance et à accélérer la dissipation de chaleur.

Souder des plots d'alimentation exposés à un PCB est une pratique courante. En général, les Plots d'alimentation de type Plot exposés peuvent conduire environ 80% de la chaleur dans le PCB à travers le fond du boîtier IC. La chaleur restante sera dissipée des côtés de l'emballage et des fils.

Les ingénieurs de conception de PCB Hot assistant peuvent maintenant demander de l'aide pour de nombreux produits de gestion thermique améliorés. Ces produits comprennent des radiateurs, des caloducs et des ventilateurs qui peuvent être utilisés pour permettre un refroidissement actif et passif par convection, rayonnement et conduction. Même la méthode d'interconnexion pour installer une puce sur un PCB peut aider à atténuer les problèmes de dissipation de chaleur.

Par exemple, les méthodes courantes de Plots exposés utilisées pour interconnecter une puce IC à un PCB peuvent augmenter les problèmes de dissipation thermique. Lorsque le chemin exposé est soudé sur le PCB, la chaleur s'échappe rapidement de l'emballage et pénètre dans la carte PCB, qui est ensuite dissipée dans l'air ambiant à travers les différentes couches de la carte PCB.

Texas Instruments ti a inventé une méthode powerpad qui permet de monter des puces IC sur des disques métalliques. Ce PAD de noyau soutiendra le noyau pendant la fabrication et servira de bon chemin de dissipation thermique pour dissiper la chaleur de la puce.

Matt romig, chef de produit pour l’encapsulation analogique chez ti, souligne que l’approche powerstack de TI est la première technologie d’encapsulation 3D qui peut empiler des MOSFETs verticaux à côtés hauts. La technologie intègre des MOSFETs latéraux haut et bas maintenus en place par des clips en cuivre et utilise des plots d'exposition au potentiel de terre pour fournir une conception optimisée thermiquement. L'utilisation de deux pinces en cuivre pour connecter les broches de tension d'entrée et de sortie peut former un boîtier qfn plat et carré plus intégré. La gestion thermique des équipements électriques est plus difficile. La nécessité d'un traitement du signal à plus haute fréquence et d'une taille de boîtier réduite a progressivement marginalisé les techniques de refroidissement traditionnelles. Kaverazar, Président et chef de la direction d'advancedthermalsolutions, recommande l'utilisation de dispositifs thermoélectriques à couche mince intégrés avec des microcanaux refroidis à l'eau.

Azar a imaginé une telle solution: minimiser la résistance thermique maximale dans le chemin de dissipation thermique, c'est - à - dire la résistance thermique de diffusion, en liant directement le radiateur à la puce de microprocesseur.

Cette méthode permet de dissiper la chaleur accumulée sur une petite puce de microprocesseur sur une base de radiateur plus grande, puis de dissiper la chaleur dans l'environnement. Ce radiateur forcé intégré intègre des microcanaux et des mini - canaux dans un boîtier en silicium. Le débit d'eau dans le canal est d'environ 05 à 1 litre / minute.

Les résultats de la simulation montrent que sur une puce de 1010 mm dans un boîtier BGA à grille sphérique, une zone de châssis de radiateur de 120 120 mm peut générer une résistance thermique de 0055 kW. L'utilisation d'un matériau dissipateur de chaleur dont la conductivité thermique est égale ou supérieure à celle du diamant permet d'obtenir une résistance thermique de 0030 kW.

Paul Magill, Vice - Président du marketing et du développement commercial chez nextreme Thermal solutions, a également recommandé la technologie de refroidissement thermoélectrique et a annoncé que le refroidissement devrait commencer au niveau de la puce. La société fournit une technologie de gestion thermique localisée au sein des composants électroniques. Cette technologie utilise une structure ETEC thermoélectrique à membrane mince appelée pompe à chaleur. Un tel matériau actif dissipateur de chaleur est noyé dans des interconnexions de puces inversées, par example des plots de brasure de colonne de cuivre pour l'encapsulation électronique.

La réalisation d'un refroidissement local au niveau de la puce, de la puce et du boîtier peut générer des avantages économiques importants. Par exemple, dans un centre de données avec des milliers ou des centaines de microprocesseurs avancés, cette méthode est plus efficace pour dissiper la chaleur que d'utiliser un système de climatisation plus coûteux et plus grand.

Dans certains appareils, tels que les LED, l'utilisation combinée de technologies de refroidissement passives et actives peut améliorer les performances et la durée de vie de l'appareil. Par exemple, l'utilisation d'un ventilateur dans un radiateur peut généralement réduire la résistance thermique à 05w, une amélioration significative par rapport aux 10W typiques obtenus avec un radiateur à refroidissement passif seul.

La simulation répétée du contrôle thermique a été et continue d'être l'un des facteurs limitatifs pour atteindre des performances IC plus élevées. Dans ces IC de plus en plus petits et leurs boîtiers, l'espace devient de plus en plus précieux et il y a peu de place pour aider au refroidissement. Cela a forcé les ingénieurs de conception à envisager l'utilisation de technologies de refroidissement externes et de nouveaux matériaux de refroidissement en constante amélioration.

Quoi qu'il en soit, la prémisse de base reste la même: les ingénieurs de conception de PCB doivent accorder plus d'importance à la science thermique pour obtenir la meilleure solution de refroidissement possible. L'ensemble du processus devrait commencer par un logiciel d'analyse thermique, beaucoup plus tôt que lorsque la conception a été mise en production.