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Poiché le richieste dei consumatori di velocità più piccole e più veloci sono ulteriormente rafforzate, ci sono sfide ardue per risolvere il problema della dissipazione del calore dei circuiti stampati (PCB) con densità crescente. Poiché i microprocessori impilati e le celle logiche raggiungono la gamma di frequenza operativa GHz, una gestione termica conveniente potrebbe essere diventata la questione più prioritaria che gli ingegneri nei settori della progettazione, dell'imballaggio e dei materiali devono urgentemente risolvere.
La produzione di IC 3D per ottenere una maggiore densità funzionale è diventata una tendenza attuale, che aumenta ulteriormente la difficoltà della gestione termica. I risultati della simulazione mostrano che un aumento di 10°C della temperatura raddoppierà la densità termica del chip IC 3D e ridurrà le prestazioni di oltre un terzo.
Le previsioni dell'International Semiconductor Technology Blueprint (ITRS) indicano che nei prossimi tre anni le tracce di interconnessione in aree difficili da raffreddare nei microprocessori consumeranno fino all'80% della potenza del chip. Thermal Design Power (TDP) è un indice per valutare la capacità di dissipazione del calore di un microprocessore. Definisce il calore rilasciato quando il processore raggiunge il suo carico massimo e la corrispondente temperatura del caso.
I grandi data center con centinaia di server informatici sono particolarmente vulnerabili ai problemi di dissipazione del calore. Secondo alcune stime, la ventola di raffreddamento del server (che può consumare fino al 15% dell'elettricità) è in realtà diventata una notevole fonte di calore nel server e in se stesso. Inoltre, il costo di raffreddamento del data center può rappresentare circa il 40% al 50% del consumo energetico del data center. Tutti questi fatti hanno presentato requisiti più elevati per il rilevamento locale e remoto della temperatura e il controllo della ventola.
Le sfide di gestione termica diventeranno più scoraggianti quando si tratta di installare PCB contenenti processori multi-core. Sebbene ogni nucleo del processore nell'array del processore possa consumare meno energia (e quindi dissipare meno calore) di un processore single-core, l'effetto netto sui grandi server del computer è che aggiunge al sistema informatico nel data center una maggiore dissipazione del calore. In breve, eseguire più core del processore su una data area del PCB.
Un altro spinoso problema di gestione termica IC riguarda punti caldi che appaiono sulla confezione del chip. Il flusso di calore può essere alto fino a 1000W / cm2, che è uno stato che è difficile da monitorare.
PCB svolge un ruolo importante nella gestione termica, quindi è richiesto il layout di progettazione termica. I progettisti dovrebbero tenere i componenti ad alta potenza il più lontano possibile l'uno dall'altro. Inoltre, questi componenti ad alta potenza dovrebbero essere il più lontano possibile dagli angoli del PCB, il che contribuirà a massimizzare l'area PCB intorno ai componenti di potenza e ad accelerare la dissipazione del calore.
Saldare il pad di alimentazione esposto al PCB è una pratica comune. In generale, il pad di alimentazione del tipo pad esposto può condurre circa l'80% del calore generato attraverso il fondo del pacchetto IC e nel PCB. Il calore rimanente verrà dissipato dai lati e dai cavi della confezione.
