Berita PCB - Bagaimana untuk merancang sistem PCB dengan prestasi panas tinggi

Pakej IC bergantung pada PCB untuk penyebaran panas. Secara umum, papan PCB adalah kaedah pendinginan utama untuk peranti setengah konduktor kuasa tinggi. Rancangan penyebaran panas PCB yang baik mempunyai kesan besar, ia boleh membuat sistem berjalan dengan baik, tetapi juga boleh mengubur bahaya tersembunyi kemalangan panas. Pengendalian hati-hati bagi bentangan PCB, struktur papan, dan lekapan peranti boleh membantu memperbaiki prestasi penyebaran panas untuk aplikasi kuasa tengah dan tinggi.

Pembuat Semiconductor mempunyai kesulitan mengawal sistem yang menggunakan peranti mereka. Namun, sistem dengan IC dipasang adalah kritik untuk prestasi peranti keseluruhan. Untuk peranti IC suai, perancang sistem biasanya bekerja dengan penghasil untuk memastikan bahawa sistem memenuhi kebutuhan pencerahan panas bagi peranti kuasa tinggi. Kooperasi awal ini memastikan IC memenuhi piawai listrik dan prestasi, sambil memastikan operasi yang betul dalam sistem pendinginan pelanggan. Banyak syarikat setengah konduktor besar menjual peranti sebagai komponen piawai, dan tiada hubungan antara pembuat dan aplikasi akhir. Dalam kes ini, kita hanya boleh menggunakan beberapa panduan umum untuk membantu mencapai penyelesaian penyebaran panas pasif yang lebih baik untuk IC dan sistem.

Bagaimana untuk merancang sistem PCB dengan prestasi panas tinggi

Jenis pakej setengah konduktor umum adalah pad kosong atau pakej PowerPADTM. Dalam pakej ini, cip diletak pad a plat logam yang dipanggil pad cip. Pad cip jenis ini menyokong cip dalam proses pemprosesan cip, dan juga adalah laluan panas yang baik untuk penyebaran panas peranti. Apabila pad telanjang berkemas diseweld ke PCB, panas akan keluar dengan cepat dari pakej dan ke dalam PCB. Kemudian panas tersebar melalui lapisan PCB ke udara sekeliling. Pakej pad bar biasanya memindahkan sekitar 80% panas ke dalam PCB melalui bawah pakej. 20% yang tersisa dari panas dikeluarkan melalui wayar peranti dan pelbagai sisi pakej. Kurang dari 1% panas melarikan diri melalui bahagian atas pakej. Dalam kes pakej-pad kosong ini, rancangan penyebaran panas PCB yang baik adalah penting untuk memastikan prestasi peranti tertentu.

Satu aspek rancangan PCB yang boleh meningkatkan prestasi panas ialah bentangan peranti PCB. Apabila mungkin, komponen kuasa tinggi pada PCB patut dipisahkan antara satu sama lain. Pemisahan fizikal ini antara komponen tenaga tinggi membolehkan kawasan PCB sekitar setiap komponen tenaga tinggi untuk dipisahkan, yang membantu mencapai pemindahan panas yang lebih baik. Perhatian patut dipisahkan komponen sensitif suhu dari komponen kuasa tinggi pada PCB. Dimanapun mungkin, komponen kuasa tinggi patut ditempatkan jauh dari sudut PCB. Kedudukan PCB yang lebih sementara membolehkan kawasan papan yang lebih besar sekitar komponen kuasa tinggi untuk membantu dalam penyebaran panas. Gambar 2 menunjukkan dua peranti setengah konduktor yang sama: komponen A dan B. Komponen A, ditempatkan di sudut PCB, mempunyai suhu sekatan cip A 5% lebih tinggi daripada komponen B, yang ditempatkan lebih pusat. Pencerahan panas di sudut komponen A terbatas oleh kawasan panel kecil sekitar komponen yang digunakan untuk penyerahan panas.

Aspek kedua ialah struktur PCB, yang mempunyai pengaruh yang menentukan pada prestasi panas rancangan PCB. Sebagai peraturan umum, semakin tembaga PCB mempunyai, semakin tinggi prestasi panas komponen sistem. Situasi penyebaran panas ideal bagi peranti setengah konduktor adalah chip diletak pada blok besar tembaga yang sejuk cair. Ini tidak praktik untuk kebanyakan aplikasi, jadi kita perlu membuat perubahan lain pada PCB untuk meningkatkan penyebaran panas. Untuk kebanyakan aplikasi hari ini, jumlah volum sistem berkurang, mempengaruhi prestasi penyebaran panas. PCBS yang lebih besar mempunyai lebih banyak kawasan permukaan yang boleh digunakan untuk pemindahan panas, tetapi juga mempunyai lebih fleksibiliti untuk meninggalkan cukup ruang antara komponen kuasa tinggi.

Bila mungkin, nombor dan tebal lapisan tembaga PCB patut diubah. Berat tembaga mendarat adalah umumnya besar, yang merupakan laluan panas yang baik untuk keseluruhan penyebaran panas PCB. Pengaturan kabel lapisan juga meningkatkan total graviti spesifik tembaga yang digunakan untuk kondukti panas. Namun, kawat ini biasanya disisolasi secara elektrik, membatasi penggunaannya sebagai sink panas potensi. Lapisan sambungan peranti sepatutnya diawal secara elektrik sebanyak mungkin ke lapisan sambungan sebanyak mungkin untuk membantu dalam kondukti panas. Lubang penyebaran panas dalam PCB di bawah peranti setengah konduktor membantu panas memasuki lapisan terbenam PCB dan dipindahkan ke belakang papan.

Lapisan atas dan bawah PCB adalah "lokasi utama" untuk prestasi pendinginan yang lebih baik. Penggunaan wayar yang lebih luas dan penghalaan jauh dari peranti kuasa tinggi boleh menyediakan laluan panas untuk penyebaran panas. Papan kondukti panas istimewa adalah kaedah yang baik untuk penyebaran panas PCB. Plat konduktif panas ditempatkan di atas atau belakang PCB dan

sambung secara panas ke peranti melalui sambungan tembaga langsung atau lubang panas melalui lubang. Dalam kes pakej dalam (hanya dengan petunjuk pada kedua-dua sisi pakej), plat kondukti panas boleh ditempatkan di at as PCB, bentuk seperti "tulang anjing" (tengah sama sempit seperti pakej, tembaga jauh dari pakej mempunyai kawasan besar, kecil di tengah dan besar di kedua-dua ujung). Dalam kes pakej empat sisi (dengan petunjuk pada semua empat sisi), plat kondukti panas mesti ditempatkan di belakang PCB atau dalam PCB.

Meningkatkan saiz plat kondukti panas adalah cara yang baik untuk meningkatkan prestasi panas pakej PowerPAD. Saiz berbeza plat kondukti panas mempunyai pengaruh besar pada prestasi panas. Helaian data produk tabular biasanya senaraikan dimensi ini. Tetapi kuantifikasi kesan tembaga ditambah pada PCBS suai adalah sukar. Dengan kalkulator online, pengguna boleh pilih peranti dan ubah saiz pad tembaga untuk menghargai kesannya pad a prestasi panas PCB bukan JEDEC. Alat pengiraan ini menyatakan jangkauan mana reka PCB mempengaruhi prestasi penyebaran panas. Untuk pakej empat sisi, di mana kawasan pad atas hanya kurang dari kawasan pad kosong peranti, penyembedding atau lapisan belakang adalah kaedah pertama untuk mencapai pendinginan yang lebih baik. Untuk pakej dalam baris dua, kita boleh guna gaya pad "tulang anjing" untuk menghilangkan panas.

Sistem PCB yang lebih besar juga boleh digunakan untuk pendinginan. Skrut yang digunakan untuk melekap PCB juga boleh menyediakan akses panas yang berkesan ke dasar sistem apabila disambung ke plat panas dan lapisan tanah. Mengingat konduktiviti panas dan kos, bilangan skru patut mencapai titik kembalian yang berkurang. Pemegang logam PCB mempunyai lebih banyak kawasan pendinginan selepas disambung dengan plat panas. Untuk beberapa aplikasi di mana rumah PCB mempunyai shell, bahan patch tentera TYPE B mempunyai prestasi panas yang lebih tinggi daripada shell sejuk udara. Solusi pendinginan, seperti peminat dan penapis, juga biasanya digunakan untuk pendinginan sistem, tetapi mereka sering memerlukan lebih ruang atau memerlukan pengubahsuaian rancangan untuk optimize pendinginan.

Untuk merancang sistem dengan prestasi panas tinggi, ia tidak cukup untuk memilih peranti IC yang baik dan penyelesaian tertutup. Penjadual prestasi sejuk IC bergantung pada PCB dan kapasitas sistem sejuk untuk membenarkan peranti IC sejuk dengan cepat. Kaedah pendinginan pasif yang disebut di atas boleh meningkatkan prestasi penyebaran panas sistem.