PCB 기술 - 최신 PCB 보드 기술에 대한 자세한 설명

다중 코어 프로세서가 포함된 PCB 보드를 설치하는 작업과 관련될 경우 열 관리 과제는 더욱 어려워집니다.프로세서 어레이의 각 프로세서 코어는 단일 코어 프로세서보다 더 적은 전력을 소비하여 더 적은 열을 소모할 수 있지만, 대형 컴퓨터 서버에 미치는 순영향은 데이터 센터의 컴퓨터 시스템에 더 많은 열을 방출하는 것이다.간단히 말해서, PCB의 주어진 영역에서 더 많은 프로세서 코어를 실행합니다.

또 다른 어려운 IC 열 관리 문제는 칩 패키지에 나타난 핫스팟과 관련됩니다.최대 1000Wcm2의 열 사용량이 가능하며 이는 추적하기 어려운 상태입니다.

PCB는 열 관리에서 중요한 역할을 하기 때문에 열 설계 레이아웃이 필요합니다.설계 엔지니어는 고출력 부품 간에 가능한 한 멀리 떨어져 있어야 합니다.또한 이러한 고출력 부품은 가능한 한 PCB의 구석에서 떨어져 있어야 하며, 이는 전력 부품 주변의 PCB 면적을 최대한 확대하고 발열을 가속화하는 데 도움이 될 것이다.

노출된 전원 용접 디스크를 PCB에 용접하는 것은 일반적인 방법입니다.일반적으로 노출된 용접판형 전원 용접판은 IC 패키지의 하단을 통해 약 80% 의 열을 PCB로 전도할 수 있다.나머지 열은 패키지의 측면과 지시선에서 방출됩니다.

핫 어시스턴트 PCB 설계 엔지니어는 이제 많은 향상된 열 관리 제품에 도움을 청할 수 있습니다.이러한 제품에는 액티브 및 패시브 대류, 방사선 및 전도 냉각을 위한 히트싱크, 히트 파이프 및 팬이 포함됩니다.심지어 PCB에 칩을 장착하는 상호 연결 방법도 발열 문제를 완화하는 데 도움이 된다.

예를 들어, IC 칩을 PCB에 상호 연결하는 데 사용되는 일반적인 노출 용접 디스크 방법은 발열 문제를 증가시킬 수 있습니다.노출된 경로가 PCB에 용접되면 열은 신속하게 패키지를 벗어나 PCB 보드로 들어간 다음 PCB 보드의 각 층을 통해 주변 공기로 흩어집니다.

텍사스 인스트루먼트 TI는 IC 칩을 금속 디스크에 장착 할 수있는 PowerPAD 방법을 개발했습니다.이 파이프 코어 용접판은 제조 과정에서 파이프 코어를 지지하고 칩의 열을 분산시키기 위해 좋은 방열 경로 역할을 할 것이다.

TI의 아날로그 패키징 제품 관리자인 Matt Romig는 TI의 PowerStack 방법이 고측 수직 MOSFET를 스택할 수 있는 최초의 3D 패키징 기술이라고 지적했다.이 기술은 구리 클립을 통해 고정된 고측 및 저측 MOSFET를 통합하고 접지 전위 노출 용접판을 사용하여 열 최적화 설계를 제공합니다.두 개의 구리 클립을 사용하여 입력 및 출력 전압 핀을 연결하면 더 통합된 편평한 사각형 무인선 QFN 패키지를 형성할 수 있습니다.전력 설비의 열 관리는 더욱 도전적이다.더 높은 주파수 신호 처리 및 패키징 크기 감소에 대한 요구는 전통적인 냉각 기술을 점차 소외시키고 있습니다.AdvancedThermalSolutions의 사장 겸 CEO KaverAzar는 수냉 마이크로 채널이 내장된 박막 열전기 부품을 사용할 것을 권장합니다.

아자르는 라디에이터를 마이크로프로세서 칩에 직접 바인딩하여 라디에이터 경로에서 최대 열 저항, 즉 열 저항을 최소화하는 솔루션을 구상했다.

이 방법은 소형 마이크로프로세서 칩에 쌓인 열을 더 큰 히트싱크 베이스로 분산시킨 다음 주변 환경으로 열을 분산시킬 수 있습니다.이 내장된 강제 히트싱크는 마이크로 채널과 미니 채널을 실리콘 패키지에 통합합니다.통로의 물흐름 속도는 약 05에서 1리터/분이다.

시뮬레이션 결과 볼게이트 어레이 BGA에 패키지된 1010mm 칩에서 120120mm의 히트싱크 섀시 면적은 0055KW의 열저항을 발생시킬 수 있다.열전도도가 금강석과 같거나 큰 방열재를 사용하면 0030KW의 열저항을 생성할 수 있다.

Nextreme Thermal Solutions의 마케팅 및 비즈니스 개발 담당 부사장 Paul Magill도 열전 냉각 기술을 추천하고 냉각은 칩 수준에서 시작해야 한다고 발표했습니다.이 회사는 전자 부품 내부에 깊이 파고드는 현지화 열 관리 기술을 제공한다.이 기술은 히트펌프라고 불리는 마이크로필름 열전 eTEC 구조를 사용했다.이 유원 방열 재료는 전자 패키지에 사용되는 구리 기둥 용접재 볼록 블록과 같은 역조립 칩 상호 연결에 내장되어 있습니다.

칩 웨이퍼, 튜브 코어 및 패키징 수준에서 로컬 냉각을 실현하면 중요한 경제적 효과를 얻을 수 있습니다.예를 들어, 수천 개 또는 수백 개의 고급 마이크로프로세서가 있는 데이터 센터에서는 더 비싸고 큰 에어컨 시스템을 사용하는 것보다 열을 방출하는 것이 더 효과적입니다.

LED와 같은 일부 장치에서는 패시브 및 액티브 냉각 기술을 결합하여 장치 성능과 수명을 향상시킬 수 있습니다.예를 들어, 히트싱크에서 팬을 사용하면 일반적으로 열 저항을 05W로 줄일 수 있는데, 이는 패시브 냉각 히트싱크를 단독으로 사용하는 일반적인 10W에 비해 크게 향상된 것이다.

열 제어의 반복 시뮬레이션은 더 높은 IC 성능을 달성하기 위한 제한 요소 중 하나이며 계속될 것입니다.이러한 점점 작아지는 IC와 패키지에서 공간은 점점 더 가치가 있으며 냉각을 도울 공간이 거의 없습니다.이로 인해 설계 엔지니어는 외부 냉각 기술과 향상된 새로운 냉각 자재의 사용을 고려하게 되었습니다.

여하튼 기본전제는 여전히 성립된다. PCB 설계공정사는 반드시 열과학에 더욱 관심을 돌려 최적의 랭각해결방안을 실현해야 한다.전체 과정은 설계가 생산에 들어갔을 때보다 훨씬 빠른 열 분석 소프트웨어부터 시작해야 한다.