PCB 기술 - PCB 냉각 설계

IC 패키지는 PCB 발열에 의존합니다.일반적으로 PCB는 고전력 반도체 부품의 주요 냉각 방법이다.좋은 PCB 발열 설계는 큰 영향을 미칩니다.그것은 시스템을 정상적으로 작동시킬 수도 있고, 열 사고의 잠재적 위험을 묻을 수도 있다.PCB 레이아웃, 보드 구조 및 부품 레이아웃을 자세히 처리하면 중고출력 응용프로그램의 열 성능을 향상시킬 수 있습니다.

PCB 발열 설계 방법

일반적인 반도체 패키징 유형은 노출 용접 디스크 또는 PowerPADTM 패키징입니다.이 패키지에서 칩은 파이프 코어 용접판이라고 불리는 금속 조각에 장착됩니다.이 칩 용접판은 칩이 처리되는 동안 칩을 지지하며 부품의 열을 방출하는 데 사용되는 좋은 열 경로이기도 하다.패키지된 노출 용접판이 PCB에 용접되면 열은 패키지에서 빠르게 사라지고 PCB로 들어갈 수 있습니다.그 후 열은 각 PCB 층을 통해 주변 공기로 발산됩니다.노출된 용접판 패키지는 일반적으로 패키지의 하단을 통해 PCB로 들어가는 약 80% 의 열을 전도합니다.나머지 20% 의 열은 부품 컨덕터와 패키지의 모든 측면을 통해 방출됩니다.1% 미만의 열량만이 포장된 상단을 통해 발산된다.이러한 노출된 용접판 패키지의 경우 양호한 PCB 방열 설계는 일정한 설비 성능을 확보하는 데 매우 중요하다.

열 성능을 향상시킬 수 있는 PCB 설계의 첫 번째 측면은 PCB 부품 레이아웃입니다.가능한 한 PCB의 고출력 구성 요소는 서로 분리되어야 합니다.고출력 부품 간의 이러한 물리적 분리는 각 고출력 부품 주위의 PCB 면적을 최대화하여 더 나은 열 전도를 실현하는 데 도움이 된다.PCB의 온도 민감 부품을 고출력 부품과 분리하는 것에 주의해야 한다.가능한 경우 고출력 컴포넌트의 설치 위치는 PCB 모서리에서 멀리 떨어져 있어야 합니다.더 중심적인 PCB 위치는 고출력 어셈블리 주위의 보드 면적을 최대한 넓혀 열을 방출하는 데 도움이 된다.어셈블리 A와 B라는 두 개의 동일한 반도체 부품이 표시됩니다. 어셈블리 A는 PCB의 구석에 위치하며, 어셈블리 B가 중앙에 더 가깝기 때문에 칩 결합 온도가 어셈블리 B보다 5% 높습니다.부품 주위에 열을 방출하는 데 사용되는 판의 면적이 작기 때문에 부품 A 코너의 열 방출이 제한됩니다.

두 번째 측면은 PCB의 구조로 PCB 설계의 열 성능에 가장 결정적인 영향을 미친다.일반적인 원리는 PCB의 구리가 많을수록 시스템 구성 요소의 열 성능이 높아진다는 것이다.반도체 부품의 이상적인 열 방출 방식은 칩을 큰 액체 냉동 구리에 설치하는 것이다.대부분의 애플리케이션에서 이러한 설치 방법은 비현실적이므로 발열 성능을 향상시키기 위해 PCB를 변경할 수밖에 없습니다.오늘날의 대다수 응용프로그램에 있어서 시스템의 총체적이 지속적으로 축소되였는데 이는 발열성능에 불리한 영향을 끼쳤다.PCB가 클수록 열전도에 사용할 수 있는 면적이 넓어지고, 고출력 부품 사이에 충분한 공간을 확보할 수 있는 유연성도 커진다.

가능한 한 PCB 구리 접지 평면의 수와 두께를 최대한 늘립니다.접지층 구리의 무게는 일반적으로 상대적으로 크며 전체 PCB에서 열을 방출하는 좋은 열 경로입니다.각 레이어의 배치 및 경로설정의 경우 열 전도에 사용되는 구리의 총 비율도 증가합니다.그러나이 배선은 일반적으로 전기 및 열 절연적이며 이는 잠재적 인 열 방출 계층으로서의 역할을 제한합니다.장치 접지 평면의 경로설정은 가능한 한 여러 접지 평면을 갖추어 열전도를 극대화하는 데 도움을 주어야 한다.반도체 부품 아래 PCB의 발열 과공은 열이 PCB의 매몰층에 들어가 회로기판의 뒷면으로 전도되는 데 도움이 된다.

방열 성능을 높이기 위해 PCB의 최상위와 하층은'황금 위치'다.더 넓은 와이어를 사용하고 고출력 장치에서 분리하여 열을 방출하는 열 경로를 제공합니다.전용 방열판은 PCB 방열 방법에 적합합니다.핫 플레이트는 일반적으로 PCB의 상단 또는 후면에 위치하며 장치에 직접 구리 또는 핫 오버홀 열을 통해 연결됩니다.직렬 패키지의 경우 (양쪽에만 지시선이 있는 패키지), 이 열전도판은 PCB의 상단에 위치할 수 있으며, 모양은"개뼈"(가운데는 패키지처럼 좁고, 패키지에서 멀리 떨어진 면적은 상대적으로 작다. 크고, 중간은 작고, 끝은 크다).4면 패키지의 경우 (사면에 지시선이 있음) 열전도판이 PCB 후면에 있거나 PCB로 들어가야 합니다.

핫 플레이트의 크기를 늘리는 것은 PowerPAD 패키지의 열 성능을 향상시키는 가장 좋은 방법입니다.서로 다른 인슐레이션 크기는 인슐레이션 성능에 큰 영향을 미칩니다.일반적으로 테이블 형식으로 제공되는 제품 데이터 테이블에는 이러한 치수 정보가 나열됩니다.그러나 구리를 첨가한 폴리염화페닐의 영향을 계량화하기는 어렵다.일부 온라인 계산기를 사용하면 장치를 선택하고 구리 패드의 크기를 변경하여 비 JEDEC PCB의 발열 성능에 미치는 영향을 추정할 수 있습니다.이러한 컴퓨팅 도구는 PCB 설계가 열 성능에 미치는 영향을 강조합니다.4면 패키지의 경우 상단 용접판의 면적은 부품의 노출 용접판의 영역보다 작습니다.이런 상황에서 매층이나 등층은 더욱 좋은 냉각을 실현하는 첫 번째 방식이다.2열 직삽식 패키지의 경우, 우리는"개뼈"패드를 사용하여 열을 방출할 수 있다.

마지막으로 PCB가 큰 시스템도 냉각에 사용할 수 있습니다.열전도판과 접지 평면에 나사를 연결하여 열을 방출하는 경우 PCB 설치에 사용되는 일부 나사도 시스템 베이스로 통하는 유효한 열 경로가 될 수 있습니다.열전도 효과와 비용을 고려할 때 나사의 수량은 수익 체감점의 최대치에 도달해야 한다.금속 PCB 강화판은 열전도판에 연결된 후 더 많은 냉각 면적을 가진다.PCB가 케이스로 덮여 있는 일부 응용의 경우, 유형 제어의 용접 복구 재료는 공기 냉각 케이스보다 더 높은 열 성능을 가지고 있다.팬 및 히트싱크와 같은 냉각 솔루션도 시스템 냉각의 일반적인 방법이지만 일반적으로 냉각 효과를 최적화하기 위해 더 많은 공간이 필요하거나 설계를 수정해야 합니다.

더 높은 열 성능을 갖춘 PCB 냉각 시스템을 설계하기 위해서는 좋은 IC 부품과 폐쇄된 솔루션을 선택하는 것만으로는 충분하지 않습니다.IC의 발열 성능은 PCB 및 발열 시스템이 IC 부품을 빠르게 냉각하는 능력에 따라 달라집니다.이러한 수동 냉각 방식을 사용하면 시스템의 발열 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다.