PCB 뉴스 - 고열 성능을 갖춘 PCB 시스템을 설계하는 방법

IC 패키지는 PCB에 의해 열을 방출합니다.일반적으로 PCB 보드는 고출력 반도체 부품의 주요 냉각 방법입니다.좋은 PCB 방열 설계는 시스템을 잘 작동시킬 수 있고 열 사고의 위험을 묻을 수 있는 큰 영향을 미친다.PCB 레이아웃, 보드 구조 및 장비 설치를 신중하게 처리하면 중간 전력 및 고출력 어플리케이션의 발열 성능을 향상시킬 수 있습니다.

반도체 제조업체는 장비를 사용하는 시스템을 제어하기가 어렵습니다.그러나 IC가 설치된 시스템은 전체 장치 성능에 매우 중요합니다.사용자 정의 IC 부품의 경우 시스템 설계자는 일반적으로 시스템이 고출력 부품의 많은 발열 요구 사항을 충족하는지 확인하기 위해 제조업체와 긴밀히 협력합니다.이러한 초기 협력은 IC가 전기 및 성능 표준을 준수하는 동시에 고객의 냉각 시스템 내에서 정상적으로 작동하도록 보장합니다.많은 대형 반도체 회사들이 부품을 표준 부품으로 판매하고 있으며 제조업체와 최종 응용 프로그램 사이에는 관련이 없습니다.이 경우 IC 및 시스템의 더 나은 수동 냉각 솔루션을 구현하는 데 도움이 되는 일반적인 가이드만 사용할 수 있습니다.

고열 성능을 갖춘 PCB 시스템을 설계하는 방법

일반적인 반도체 패키징 유형은 벌크 또는 PowerPADTM 패키징입니다.이 패키지에서 칩은 칩 용접판이라고 불리는 금속판에 설치됩니다.이런 칩 용접판은 칩 가공 과정에서 칩을 지탱하며, 또한 부품이 열을 방출하는 좋은 열 통로이다.패키지된 벌크 용접판이 PCB에 용접되면 열은 패키지에서 빠르게 배출되어 PCB로 들어간다.그런 다음 열은 PCB 층을 통해 주변 공기로 사라집니다.원시 용접판 패키지는 일반적으로 패키지의 하단을 통해 약 80% 의 열을 PCB로 옮깁니다.나머지 20% 의 열은 부품 컨덕터와 패키지의 측면을 통해 방출됩니다.단 1% 미만의 열이 포장 상단을 통해 발산됩니다.이러한 벌크 용접 디스크가 패키지되어 있는 상황에서 양호한 PCB 방열 설계는 일정한 설비 성능을 확보하는 데 매우 중요하다.

열 성능을 향상시킬 수 있는 PCB 설계의 한 측면은 PCB 부품 레이아웃이다.가능한 한 PCB의 고출력 부품은 서로 분리되어야 합니다.고출력 구성 요소 간의 이러한 물리적 분리는 각 고출력 구성 요소 주위의 PCB 영역을 지역화하여 더 나은 열 전달을 가능하게 합니다.PCB의 온도 민감 부품을 고출력 부품과 분리하는 것에 주의해야 한다.가능한 경우 고출력 부품은 PCB 모서리에서 멀리 떨어져 있어야 합니다.더 중간의 PCB 위치는 고출력 구성 요소 주위에 더 큰 판 면적을 허용하여 열을 방출하는 데 도움을 준다.그림 2는 어셈블리 A와 B라는 두 개의 동일한 반도체 부품을 보여줍니다. PCB 모서리에 있는 어셈블리 A의 칩셋 온도는 더 중심에 있는 어셈블리 B보다 5% 높습니다.부품 A 코너의 냉각은 냉각에 사용되는 부품 주위의 작은 패널 면적에 의해 제한됩니다.

두 번째 측면은 PCB 설계의 열 성능에 결정적인 영향을 미치는 PCB의 구조입니다.일반적으로 PCB의 구리가 많을수록 시스템 구성 요소의 열 성능이 향상됩니다.반도체 부품의 이상적인 열 방출 상황은 칩을 큰 액체 냉동 구리에 설치하는 것이다.대부분의 애플리케이션에 유용하지 않으므로 발열을 높이기 위해 PCB를 추가로 변경해야 했습니다.오늘날의 대다수 응용프로그램에 있어서 시스템의 총체적이 축소되고있는데 이는 열방출성능에 불리한 영향을 미치고있다.더 큰 PCBS는 더 많은 표면적을 가지고 있어 열을 전달하는 데 사용할 수 있지만 더 큰 유연성을 가지고 있어 고출력 구성 요소 사이에 충분한 공간을 확보할 수 있다.

가능한 경우 PCB 구리 레이어의 수와 두께를 변경해야 합니다.접지 구리의 무게는 일반적으로 크며 이는 전체 PCB에서 열을 방출하는 좋은 열 경로입니다.레이어의 경로설정은 또한 열 전도에 사용되는 구리의 전체 비중을 증가시킵니다.그러나 이러한 경로설정은 일반적으로 전기적으로 끊어져 잠재적 히트싱크로 사용이 제한됩니다.부품의 결층은 열전도를 돕기 위해 가능한 한 많은 결층 전기와 연결되어야 한다.반도체 부품 아래 PCB의 방열 구멍은 열이 PCB의 내장 층으로 들어가 판의 뒷면으로 전달되는 데 도움이 된다.

PCB의 최상위 계층과 하위 계층은 냉각 성능을 향상시키기 위한 "최고의 위치" 입니다.더 넓은 와이어와 고출력 장치에서 멀리 떨어진 케이블을 사용하여 열을 방출하는 열 경로를 제공합니다.전용 열전도판은 PCB 열을 방출하는 좋은 방법입니다.PCB의 상단 또는 후면에 열전도판

직접 구리 또는 열 통과 구멍을 통해 부품에 열을 연결합니다.직렬 패키지의 경우 (패키지 양쪽의 지시선만) 열전도판은 PCB의 상단에 위치할 수 있으며, 모양은"개뼈"(가운데는 패키지처럼 좁고, 패키지에서 멀리 떨어진 구리는 면적이 크며, 중간은 작고, 양쪽은 크다) 이다.4면 패키지의 경우 (사면에 지시선이 있음) 열전도판은 PCB 후면 또는 PCB 내부에 있어야 합니다.

열전도 기판의 크기를 늘리는 것은 PowerPAD 패키지의 열 성능을 향상시키는 가장 좋은 방법입니다.서로 다른 크기의 열전도판은 열 성능에 큰 영향을 미친다.일반적으로 테이블 제품 데이터 테이블에는 이러한 치수가 나열됩니다.그러나 사용자 정의 PCBS에 대한 구리 추가의 영향을 계량화하기는 어렵습니다.온라인 계산기를 사용하면 장치를 선택하고 구리 패드의 크기를 변경하여 비 JEDEC PCB 열 성능에 미치는 영향을 추정할 수 있습니다.이러한 컴퓨팅 도구는 PCB 설계가 발열 성능에 미치는 영향을 강조합니다.사각 패키지의 경우, 그 중 상단 용접판의 면적은 부품의 벌크 용접판 면적보다 꼭 작으며, 끼워 넣거나 등층이 더 나은 냉각을 실현하는 첫 번째 방법이다.2열 직삽식 패키지의 경우, 우리는"개뼈"패드를 사용하여 열을 방출할 수 있다.

더 큰 PCB 시스템도 냉각에 사용할 수 있습니다.또한 방열판 및 접지층에 연결할 때 PCB 설치용 나사는 시스템 베이스에 유효한 열 채널을 제공합니다.열전도성과 원가를 고려할 때 나사의 수량은 수익이 점차 줄어드는 점에 도달해야 한다.금속 PCB 강화 부품은 방열판에 연결된 후 더 많은 냉각 면적을 가진다.케이스가 있는 PCB 케이스의 일부 응용 프로그램의 경우 B형 용접재 패치 재료는 공기 냉각 케이스보다 더 높은 열 성능을 가지고 있습니다.팬 및 냉각 슬라이스와 같은 냉각 솔루션도 일반적으로 시스템 냉각에 사용되지만 일반적으로 냉각을 최적화하기 위해 더 많은 공간이 필요하거나 설계를 수정해야 합니다.

고열 성능을 갖춘 시스템을 설계하려면 좋은 IC 부품과 폐쇄된 솔루션을 선택하는 것만으로는 충분하지 않습니다.IC 냉각 성능 스케줄링은 IC 장치가 빠르게 냉각될 수 있도록 PCB 및 냉각 시스템의 용량에 따라 달라집니다.이러한 수동 냉각 방식은 시스템의 발열 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다.