PCB技術 - 設計基板PCB放熱

ICパッケージは依存する基板PCB放熱.一般的に言えば, PCBは高電力消費半導体デバイスの主冷却方法である. 良い PCB放熱 デザインはインパクトが大きい. これは、システムをうまく動作させることができます, そして、それはまた、熱事故の隠された危険性を埋めることができます. PCBレイアウトの注意深い取り扱い, 板構造, そして、デバイス配置は中～高電力アプリケーションの熱性能を向上させる.

ハウツーデザイン PCB放熱

一般的な半導体パッケージタイプは、露出パッドまたはPowerPadTMパッケージです。これらのパッケージにおいて、チップはダイパッドと呼ばれる金属板に取り付けられる。このチップパッドはチップ処理中にチップを支持し、デバイスの放熱のための良好な熱経路でもある。パッケージの露出したパッドがPCBにはんだ付けされると、熱はパッケージから急速に放散し、次いでPCBに入る。その後、熱は各PCB層を通って周囲の空気中に放散される。露出パッドパッケージは、一般的に、パッケージの底を通ってPCBに入る、約80 %の熱を伝導する。熱の残りの20 %は、デバイスワイヤ及びパッケージの全側面を通して放散される。熱の1 %未満は、パッケージの最上部から放散される。これらの露出したパッドパッケージのために、良好なPCB放熱設計は、あるデバイス性能を確実にするために必須である。

熱的性能を向上させることができるPCB設計の第1の側面は、PCBデバイスのレイアウトである。可能であるときはいつでも、PCB上の高出力構成要素は互いに切り離されなければなりません。高出力部品間のこの物理的分離は、各々の高出力部品周辺のPCB領域を最大化し、それによってより良好な熱伝導を達成するのを助ける。高電力成分からPCB上の温度感受性成分を分離するために注意すべきである。可能であるときはいつでも、高出力部品の設置場所はPCBの角から遠く離れているべきです。より中央のPCB位置は、高出力部品周辺の基板面積を最大にすることができ、それによって熱を放散するのを助ける。つの同一の半導体デバイスが示されている。コンポーネントA及びBは、PCBの角部に配置され、部品BがコンポーネントBの5 %より高いチップ接合温度を有している。放熱のための部品周辺の基板面積が小さいので、部品Aの角部での放熱が制限される。

第2の態様は、PCB設計の熱的性能に最も決定的な影響を及ぼすPCBの構造である。一般的な原理は、PCB中の銅が多く、システム部品の熱性能が高いことである。半導体デバイスの理想的な放熱は、チップが液体冷却銅の大部分に取り付けられるということである。ほとんどの用途では、この実装方法は実用的ではないので、放熱性能を向上させるためにPCBにいくつかの他の変更を加えることができる。今日のほとんどのアプリケーションでは、システム全体の体積は収縮し続け、これは放熱性能に悪影響を及ぼす。PCBが大きいほど、熱伝導に使用できる面積が大きくなり、また、より高い柔軟性を有し、高出力部品間の十分なスペースを許容する。

可能であるならば、PCB銅接地面の数と厚さを最大にします。接地層銅の重量は、一般的に比較的大きく、PCB全体が熱を放散するための優れた熱経路である。各層の配置・配線には、熱伝導に使用される銅の総割合も増加する。しかし、この配線は、通常、電気的および熱的に分離され、それは潜在的な放熱層としての役割を制限する。デバイスグランドプレーンの配線は、多くの接地面で可能な限り電気的でなければならないので、熱伝導を最大にするのを助ける。半導体デバイスの下のPCB上の放熱ビアは、PCBの埋込み層に入るために加熱して、回路基板の後ろに導通するのを助ける。

熱放散性能を改善するために、PCBの頂部および底部層は「黄金の位置」である。より広いワイヤーを使用して、熱散逸のために熱パスを提供するために、高出力装置から彼らを離れてください。専用熱板はpcb放熱の優れた方法である。熱板は一般にPCBの頂部または背面に位置し、直接銅接続又は熱ビアを介して装置に熱的に接続される。インラインパッケージの場合（両側にのみリードを有するパッケージ）、この種の熱伝導板は、PCBの頂部に位置し、「犬の骨」のように形づくられる（中央はパッケージと同じくらい狭い）、パッケージから離れた領域は比較的小さい。つの側面パッケージ（すべての4つの側面にリードがある）の場合、熱伝導板はPCBの背面に位置しなければならず、PCBに入る必要がある。

熱板のサイズを増やすことは、powerpadパッケージの熱性能を改良する優れた方法である。異なる熱板サイズは、熱性能に大きな影響を及ぼす。一般に、これらのサイズ情報を一覧表として提供する。しかし、カスタムPCBの添加銅の影響を定量化することは困難である。いくつかのオンライン計算機を使用して、ユーザーは、デバイスを選択することができますし、銅のパッドのサイズを変更する非JEDEC PCBの放熱性能にその影響を推定する。これらの計算ツールは、熱的性能に対するPCB設計の影響を強調する。つの側面パッケージの場合、上部パッドの面積は、デバイスの露出したパッドの面積よりわずかに小さい。この場合、埋込みまたは裏層は、より良い冷却を達成する第1の方法である。二重インラインパッケージのために、我々は熱を放散するために「犬骨」パッドスタイルを使うことができます。

最後に，より大きなpcbsを持つシステムを冷却に使用することもできる。熱放散用の熱伝導板と接地面にねじを接続した場合には、PCBを取り付けるためのネジもシステムベースへの有効な熱経路となる。熱伝導効果とコストを考慮すると，ねじ数はリターンリターン点に達する最大値でなければならない。熱伝導板に接続された後に、金属PCB補強板は、より多くの冷却領域を有する。PCBがシェルで覆われているいくつかの用途では、タイプ制御された溶接修理材料は空冷シェルより高い熱性能を有する。ファンやヒートシンクなどの冷却溶液は、システム冷却のための一般的な方法であるが、通常、それらは、より多くのスペースを必要とするか、冷却効果を最適化するために設計を変更する必要がある。

より高い熱性能を有するシステムを設計するためにプリント配線板放熱, 選ぶだけでは足りない良い ICデバイスとクローズドソリューション。ICの放熱性能は、プリント配線板に依存し、急速にICデバイスを冷却する放熱システムの能力に依存する. 上記のパッシブクーリング方法を使用することによって, システムの放熱性能を大幅に改善することができる.