Technologie PCB - Le défi de concevoir un microprocesseur sur un PCB

Alors que la demande des consommateurs pour des vitesses plus petites et plus rapides est encore renforcée, il est difficile de résoudre les problèmes de dissipation thermique des cartes de circuits imprimés de densité croissante. Avec les microprocesseurs empilés et les unités logiques atteignant la gamme de fréquences de fonctionnement GHz, la gestion thermique rentable est peut - être devenue une priorité absolue pour les ingénieurs dans les domaines de la conception, de l'emballage et des matériaux.

La fabrication de ci 3D pour obtenir une densité fonctionnelle plus élevée est devenue une tendance actuelle, ce qui augmente encore la difficulté de la gestion thermique. Les résultats des simulations montrent qu'une augmentation de 10°C de la température doublera la densité thermique de la puce 3D IC et réduira les performances de plus d'un tiers.

L'International Semiconductor Technology Blueprint (itrs) prévoit que les pistes d'interconnexion dans les zones difficiles à refroidir des microprocesseurs consommeront jusqu'à 80% de la puissance des puces au cours des trois prochaines années. La puissance thermique de conception (TDP) est un indicateur qui évalue la capacité d'un microprocesseur à dissiper la chaleur. Il définit la chaleur dégagée lorsque le processeur atteint sa charge maximale et la température du châssis correspondante.

Les grands centres de données avec des centaines de serveurs informatiques sont particulièrement vulnérables aux problèmes de dissipation de chaleur. Selon certaines estimations, le ventilateur de refroidissement du serveur (qui peut consommer jusqu'à 15% de l'électricité) est en fait devenu une source de chaleur considérable pour le serveur et pour lui - même. En outre, les coûts de refroidissement d’un Centre de données peuvent représenter environ 40 à 50% de la consommation d’énergie d’un Centre de données. Tous ces faits imposent des exigences plus élevées en matière de détection de température locale et à distance, ainsi que de contrôle des ventilateurs.

Lorsqu'il s'agit d'installer des PCB contenant des processeurs multicœurs, 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 qu'il augmente la dissipation de chaleur des systèmes informatiques dans les centres 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 thermique peut aller jusqu'à 1000 W / cm2, 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.