Teknik PCB - Pendingin PCB dan penyebaran panas pakej IC

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

Ia sukar bagi syarikat pembuatan semikonduktor untuk mengawal sistem yang menggunakan peranti mereka. Namun, sistem dimana IC dipasang adalah kritik untuk prestasi peranti keseluruhan. Untuk peranti IC suai, perancang sistem biasanya bekerja dekat dengan penghasil untuk memastikan bahawa sistem memenuhi kebutuhan pencerahan panas bagi peranti kuasa tinggi. Kooperasi awal ini boleh memastikan IC memenuhi piawai elektrik dan piawai prestasi, sementara memastikan operasi normal dalam sistem pendinginan pelanggan. Banyak syarikat setengah konduktor besar menjual peranti sebagai bahagian piawai, dan tiada kenalan antara pembuat dan aplikasi akhir. Dalam kes ini, kita hanya boleh menggunakan beberapa panduan umum untuk membantu mencapai penyelesaian pendinginan IC dan sistem pasif yang lebih baik.

Jenis pakej setengah konduktor biasa adalah pad terkena atau pakej PowerPADTM. Dalam pakej ini, cip diletak pad a helaian 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 kemudian masukkan PCB. Selepas itu, panas tersebar melalui setiap lapisan PCB dan ke udara sekeliling. Pakej pad terdedah biasanya melakukan sekitar 80% panas, yang memasuki PCB melalui bawah pakej. 20% yang tersisa dari panas tersebar melalui wayar peranti dan semua sisi pakej. Kurang dari 1% panas tersebar melalui bahagian atas pakej. Untuk pakej pad terkena ini, rancangan penyebaran panas PCB yang baik adalah penting untuk memastikan prestasi peranti tertentu.

Aspek pertama rancangan PCB yang boleh meningkatkan prestasi panas adalah bentangan komponen PCB. Apabila mungkin, komponen kuasa tinggi pada PCB patut dipisahkan antara satu sama lain. Pemisahan fizikal ini antara komponen kuasa tinggi maksimumkan kawasan PCB sekitar setiap komponen kuasa tinggi, dengan itu membantu mencapai kondukti panas yang lebih baik. Perhatian patut diasingkan komponen sensitif suhu pada PCB dari komponen kuasa tinggi. Apabila mungkin, lokasi pemasangan komponen kuasa tinggi sepatutnya jauh dari sudut PCB. Lokasi PCB yang lebih pusat boleh maksimumkan kawasan papan sekitar komponen kuasa tinggi, dengan itu membantu untuk menghilangkan panas. Figur 2 menunjukkan dua peranti setengah konduktor yang sama: komponen A dan B. Komponen A ditempatkan di sudut PCB dan mempunyai suhu sambungan cip yang 5% lebih tinggi daripada komponen B, kerana komponen B ditempatkan lebih dekat ke tengah. Kerana kawasan papan sekitar komponen untuk penyebaran panas lebih kecil, penyebaran panas di sudut komponen A adalah terbatas.

Aspek kedua ialah struktur PCB, yang mempunyai pengaruh yang paling menentukan pada prestasi panas rancangan PCB. Prinsip umum ialah: semakin banyak tembaga dalam PCB, semakin tinggi prestasi panas komponen sistem. Situasi penyebaran panas ideal bagi peranti setengah konduktor adalah chip diletak pada potongan besar tembaga yang sejuk cair. Untuk kebanyakan aplikasi, kaedah penyelesaian ini tidak praktik, jadi kita hanya boleh membuat beberapa perubahan lain pada PCB untuk meningkatkan prestasi penyebaran panas. Untuk kebanyakan aplikasi hari ini, jumlah volum sistem terus berkurang, yang mempunyai kesan negatif pada prestasi penyebaran panas. Semakin besar PCB, semakin besar kawasan yang boleh digunakan untuk kondukti panas, dan ia juga mempunyai fleksibiliti yang lebih besar, membolehkan ruang cukup antara komponen kuasa tinggi.

Maksimumkan nombor dan tebal pesawat tanah tembaga PCB bila-bila yang boleh. Berat lembaga lapisan tanah biasanya relatif besar, dan ia adalah laluan panas yang baik untuk seluruh PCB untuk melepaskan panas. Peraturan kabel untuk setiap lapisan juga akan meningkatkan jumlah nisbah tembaga yang digunakan untuk kondukti panas. Namun, kawat ini biasanya terpisah secara elektrik dan secara panas, yang mengatasi perannya sebagai lapisan penyebaran panas potensi. Kawalan pesawat tanah peranti sepatutnya sekuat-kurangnya elektrik dengan banyak pesawat tanah, untuk membantu maksimumkan kondukti panas. Via penyebaran panas pada PCB di bawah peranti semikonduktor membantu panas untuk memasuki lapisan terkubur PCB dan melakukan ke belakang papan sirkuit.

Untuk memperbaiki prestasi penyebaran panas, lapisan atas dan bawah PCB adalah "lokasi emas". Guna wayar yang lebih luas dan halau mereka jauh dari peranti kuasa tinggi untuk menyediakan laluan panas untuk penyebaran panas. Papan panas yang didedikasikan adalah kaedah yang baik untuk penyebaran panas PCB. Papan panas biasanya ditempatkan di atas atau belakang PCB, dan secara panas disambung ke peranti melalui sambungan tembaga langsung atau saluran panas. Dalam kes pakej dalam (pakej dengan petunjuk pada kedua-dua sisi sahaja), jenis piring konduktif panas ini boleh ditempatkan di at as PCB dan bentuk seperti "tulang anjing" (tengah sama sempit seperti pakej, dan kawasan yang jauh dari pakej adalah relatif kecil. Besar, kecil di tengah dan besar di hujung). Dalam kes pakej empat sisi (dengan petunjuk pada semua empat sisi), plat pemancar panas mesti ditempatkan di belakang PCB atau masukkan PCB.

Meningkatkan saiz papan panas adalah cara yang baik untuk meningkatkan prestasi panas pakej PowerPAD. Saiz papan panas berbeza mempunyai pengaruh besar pada prestasi panas. Helaian data produk yang diberikan dalam bentuk jadual secara umum senaraikan maklumat saiz ini. Namun, sukar untuk kuantifikasikan kesan tembaga tambah PCB suai. Dengan menggunakan beberapa kalkulator online, pengguna boleh memilih peranti dan kemudian mengubah saiz pad tembaga untuk menghargai kesannya pad a prestasi penyebaran panas PCB bukan JEDEC. Alat pengiraan ini menyatakan kesan desain PCB pada 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 dalam baris dua, kita boleh guna gaya pad "tulang anjing" untuk menyebar panas.

Akhirnya, sistem PCB yang lebih besar juga boleh digunakan untuk pendinginan. Dalam kes yang skru disambung dengan plat pemancar panas dan pesawat tanah untuk penyebaran panas, beberapa skru yang digunakan untuk melekap PCB juga boleh menjadi laluan panas yang efektif ke asas sistem. Mengingat kesan kondukti panas dan kos, bilangan skru sepatutnya nilai maksimum yang mencapai titik kembalian yang berkurang. Selepas disambungkan dengan piring konduktif panas, piring PCB logam mempunyai kawasan sejuk lebih. Untuk beberapa aplikasi di mana PCB ditutup dengan shell, jenis bahan perbaikan penywelding yang dikawal mempunyai prestasi panas yang lebih tinggi daripada shell sejuk udara. Solusi pendinginan, seperti peminat dan sink panas, juga kaedah biasa untuk pendinginan sistem, tetapi mereka biasanya memerlukan lebih ruang atau perlu mengubah rancangan untuk optimize kesan pendinginan.