Teknik PCB - Perkara Penggunaan Dissipasi Panas papan PCB dan Strategi Pakej IC

Pakej IC lekap permukaan bergantung pada papan sirkuit cetak untuk penyebaran panas. Secara umum, PCB adalah kaedah pendinginan utama bagi peranti setengah konduktor kuasa tinggi. Design panas PCB yang baik mempunyai kesan besar, ia boleh menjaga sistem berjalan dengan baik, dan ia juga boleh mengubur bahaya tersembunyi kemalangan panas. Pengendalian hati-hati bagi bentangan PCB, pembinaan papan, dan tempatan peranti boleh membantu memperbaiki prestasi panas dalam aplikasi kuasa tengah-tinggi.

Syarikat memproduksi semikonduktor mempunyai kesulitan mengawal sistem yang mana peranti mereka digunakan. Namun, sistem dimana IC diletak adalah kritik untuk prestasi peranti keseluruhan. Untuk peranti IC suai, perancang sistem sering bekerja dengan penghasil untuk memastikan sistem memenuhi kebutuhan panas peranti kuasa tinggi. Kooperasi awal ini memastikan IC memenuhi piawai elektrik dan prestasi sambil menjaga operasi yang betul dalam sistem pendinginan pelanggan. Banyak syarikat setengah konduktor besar menjual peranti mereka sebagai bahagian piawai, tanpa hubungan antara pembuat dan aplikasi akhir. Dalam kes ini, kita hanya boleh menggunakan beberapa panduan umum untuk membantu mencapai penyelesaian pendinginan pasif yang lebih baik untuk IC dan sistem.

Jenis pakej setengah konduktor biasa adalah pakej pad yang terkena atau gaya PowerPADTM. Dalam pakej ini, cip terpasang pad a potongan logam yang dipanggil pad mati. Pad cip ini menyokong cip semasa pemprosesan cip dan juga adalah laluan panas yang baik untuk penyisipan panas peranti. Apabila pad terbuka pakej ditetapkan ke PCB, panas boleh cepat hilang dari pakej dan ke dalam PCB. Selepas itu, panas tersebar melalui pelbagai lapisan PCB dan ke udara sekeliling. Pakej pad-terdedah biasanya melakukan sekitar 80% panas yang memasuki PCB melalui bawah pakej. 20% yang tersisa tersebar melalui wayar peranti dan semua sisi pakej. Kurang dari 1% panas tersebar melalui bahagian atas pakej. Untuk pakej pad terkena ini, rancangan panas PCB yang baik adalah kritik 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 fizik antara komponen kuasa tinggi ini membolehkan kawasan PCB sekitar setiap komponen kuasa tinggi untuk membantu mencapai pemindahan panas yang lebih baik. Perhatian patut diasingkan komponen sensitif suhu dari komponen penyipation kuasa tinggi pada PCB. Apabila mungkin, komponen kuasa tinggi patut diletak jauh dari sudut PCB. Lokasi PCB yang lebih pusat membolehkan kawasan papan sekitar komponen yang lapar kuasa untuk diminumkan untuk membantu menghilangkan panas. Aspek kedua ialah struktur PCB, aspek yang mempunyai pengaruh yang menentukan pada prestasi panas rancangan PCB. Peraturan umum adalah semakin banyak tembaga yang PCB mempunyai, semakin baik prestasi panas komponen sistem. Situasi penyebaran panas ideal bagi peranti setengah konduktor adalah apabila mati diletak pada potongan besar tembaga sejuk cair. Untuk kebanyakan aplikasi, kaedah penempatan ini tidak praktik, jadi kita hanya boleh membuat beberapa perubahan lain pada PCB untuk meningkatkan prestasi panas. Untuk kebanyakan aplikasi hari ini, saiz sistem keseluruhan berkurang, mempengaruhi prestasi panas. Semakin besar PCB, semakin besar kawasan yang tersedia untuk kondukti panas, dan semakin besar fleksibiliti untuk meninggalkan cukup ruang antara komponen kuasa tinggi. Apabila mungkin, optimumkan nombor dan tebal pesawat tanah tembaga PCB. Sampah pesawat tanah biasanya berat, dan ia adalah laluan panas yang baik untuk penyebaran panas di seluruh PCB. Mengatur kawat untuk setiap lapisan juga meningkatkan proporsi keseluruhan tembaga yang digunakan untuk kondukti panas. Namun, laluan ini biasanya dilakukan dalam izolasi elektrik dan panas, membatasi perannya sebagai sink panas potensi. Pesawat tanah peranti sepatutnya dijalurkan secara elektrik sebanyak mungkin pesawat tanah untuk membantu dalam kondukti panas. Via panas pada PCB di bawah peranti semikonduktor membantu panas untuk memasuki lapisan terkubur PCB dan bertindak ke belakang papan. Lapisan atas dan bawah PCB adalah "tanah emas" untuk memperbaiki prestasi panas. Menggunakan wayar yang lebih luas, dijalankan jauh dari peranti kuasa tinggi, boleh menyediakan laluan panas untuk penyebaran panas. Pad panas tertentu adalah cara yang baik untuk menghapuskan panas dari PCB. Pad panas biasanya ditempatkan di atas atau belakang PCB dan tersambung secara panas ke peranti melalui sambungan tembaga langsung atau saluran panas. Dalam kes pakej dalam (pakej dengan petunjuk pad a kedua-dua sisi sahaja), pad panas ini boleh ditempatkan di at as PCB, bentuk seperti "tulang anjing" (tengah sama sempit seperti pakej, dan kawasan tembaga sambungan jauh dari pakej adalah lebih besar. besar, kecil di tengah dan besar di kedua-dua ujung). Dalam kes pakej empat sisi (dengan petunjuk pad a semua empat sisi), pad panas mesti berada di belakang PCB atau ke dalam PCB.Meningkatkan saiz pad panas adalah cara yang baik untuk meningkatkan prestasi panas pakej gaya PowerPAD. Saiz plat konduktif secara panas berbeza mempunyai kesan dramatik pada prestasi panas. Helaian data produk diberikan dalam bentuk tabular biasanya senaraikan dimensi ini. Namun, sukar untuk kuantifikasikan kesan tembaga tambah PCB suai. Dengan menggunakan beberapa kalkulator online, pengguna boleh memilih peranti dan kemudian mengubah saiz pads tembaga untuk menghargai kesannya pada prestasi panas PCB bukan JEDEC. Alat pengiraan ini menyatakan jangkauan mana reka PCB mempengaruhi prestasi panas. Untuk pakej empat sisi, kawasan pad atas hanya lebih kecil daripada kawasan pad terdedah peranti, dalam kes ini lapisan terkubur atau belakang adalah cara pertama untuk mencapai pendinginan yang lebih baik. Untuk pakej dua dalam baris, kita boleh guna corak pad "tulang anjing" untuk menghilangkan panas. Beberapa skru yang digunakan untuk melekap PCB juga boleh menjadi laluan panas yang efektif ke dasar sistem di mana skru secara panas tersambung ke pad panas dan pesawat tanah. Bilangan skru sepatutnya nilai yang mencapai titik kembalian yang berkurang, mengingati konduktiviti panas dan kos. Kekuatan PCB logam mempunyai lebih banyak kawasan pendinginan selepas dipasang pada plat konduktif panas. Untuk beberapa aplikasi di mana PCB ditutup dengan penyamaran, filet solder yang diprofil mempunyai prestasi panas yang lebih tinggi daripada penyamaran yang sejuk udara. Solusi pendinginan seperti peminat dan sink panas juga kaedah biasa pendinginan sistem, tetapi mereka sering memerlukan lebih ruang atau memerlukan perubahan 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 panas bagi IC bergantung pada papan PCB dan kemampuan sistem sejuk untuk sejuk peranti IC dengan cepat. Dengan kaedah pendinginan pasif di atas, prestasi penyebaran panas sistem boleh diperbaiki.