PCB 기술 - PCB에서 마이크로프로세서를 설계하는 과제

더 작고 빠른 속도에 대한 소비자의 수요가 더욱 강화됨에 따라 밀도가 증가하는 인쇄회로기판 (PCB) 의 발열 문제를 해결하는 데 어려움을 겪고 있다.스태킹 마이크로프로세서와 논리 유닛이 GHz 작업 주파수 범위에 도달함에 따라 비용 효율적인 열 관리는 설계, 패키징 및 재료 분야의 엔지니어들이 시급히 해결해야 할 가장 큰 우선 순위가 될 수 있습니다.

더 높은 기능 밀도를 얻기 위해 3D IC를 만드는 것이 현재 추세이며 이는 열 관리의 어려움을 더욱 가중시킵니다.시뮬레이션 결과 온도가 10°C 상승하면 3D IC 칩의 열밀도가 두 배로 증가하고 성능이 1/3 이상 저하됩니다.

국제반도체기술청사진(ITRS)은 향후 3년간 마이크로프로세서에서 냉각하기 어려운 영역의 상호 연결선이 최대 80%의 칩 출력을 소모할 것으로 전망했다.열설계전력(TDP)은 마이크로프로세서의 열 방출 능력을 평가하는 지표다.프로세서가 최대 부하에 도달했을 때 방출되는 열과 적절한 섀시 온도를 정의합니다.

수백 대의 컴퓨터 서버를 보유한 대규모 데이터 센터는 특히 발열 문제에 취약합니다.일부 예측에 따르면 서버의 냉각팬 (전력의 최대 15% 를 소비할 수 있음) 은 사실상 서버와 그 자체의 상당한 열원이 되었다.또한 데이터 센터의 냉각 비용은 데이터 센터 전력 소비량의 약 40~50% 를 차지할 수 있습니다.이것들은 모두 현지, 원격 온도 측정 및 송풍기 제어에 대한 더 높은 요구를 제기합니다.

멀티 코어 프로세서가 포함된 PCB 설치와 관련될 경우 열 관리 과제는 더욱 어려워집니다.프로세서 어레이의 각 프로세서 코어는 단일 코어 프로세서보다 전력 소비량이 적어 발열량이 적을 수 있지만 대규모 컴퓨터 서버에 미치는 순 영향은 데이터 센터의 컴퓨터 시스템에 더 많은 발열량을 증가시킨다는 것입니다.간단히 말해서, PCB의 주어진 영역에서 더 많은 프로세서 코어를 실행합니다.

또 다른 어려운 IC 열 관리 문제는 칩 패키지에 나타난 핫스팟과 관련됩니다.발열량은 최대 1000W/cm2까지 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.