Teknik PCB - cabaran untuk merancang mikroprosesor pada PCB

Sebagaimana permintaan pengguna untuk kelajuan yang lebih kecil dan lebih cepat lebih kuat, terdapat cabaran yang sukar dalam memecahkan masalah penyebaran panas papan sirkuit cetak (PCB) dengan ketepatan meningkat. Sebagaimana mikroprosesor dan sel logik tumpukan mencapai julat frekuensi operasi GHz, pengurusan panas yang efektif-kost mungkin telah menjadi isu keutamaan tertinggi yang diingini dalam bidang desain, pakej, dan bahan perlu segera diselesaikan.

Menyebabkan ICs 3D untuk mendapatkan ketepatan fungsi yang lebih tinggi telah menjadi trend semasa, yang menambah lagi kesukaran pengurusan panas. Hasil simulasi menunjukkan bahawa peningkatan suhu 10°C akan menggandakan densiti suhu cip IC 3D dan mengurangkan prestasi dengan lebih dari satu pertiga.

Ramalan Kawasan Teknologi Semikoduktor Antarabangsa (ITRS) menunjukkan bahawa dalam tiga tahun seterusnya, saling menyambung jejak di kawasan sukar untuk sejuk dalam mikroprosesor akan menghabiskan sehingga 80% kuasa cip. Kuasa Design Termal (TDP) adalah indeks untuk menilai kemampuan penyebaran panas bagi mikroprosesor. Ia menentukan panas yang dilepaskan apabila pemproses mencapai muatan maksimum dan suhu kes yang sepadan.

Pusat data besar dengan ratusan pelayan komputer sangat rentan terhadap masalah penyebaran panas. Menurut beberapa anggaran, peminat pendinginan pelayan (yang mungkin menghabiskan sehingga 15% daripada elektrik) sebenarnya telah menjadi sumber panas yang besar dalam pelayan dan dirinya sendiri. Selain itu, kos pendinginan pusat data mungkin menganggap kira-kira 40% hingga 50% konsumsi kuasa pusat data. Semua fakta ini menunjukkan keperluan yang lebih tinggi untuk pengesan suhu setempat dan jauh dan kawalan penggemar.

cabaran pengurusan panas akan menjadi lebih menakutkan apabila ia datang untuk memasang PCB yang mengandungi pemproses berbilang-inti. Walaupun setiap inti pemproses dalam tatangka pemproses mungkin mengkonsumsikan kurang kuasa (dan sebaliknya menghilang kurang panas) daripada pemproses-inti tunggal, kesan jaring pada pelayan komputer besar ialah ia menambah ke sistem komputer di pusat data Lebih menghilang panas. Secara singkat, jalankan lebih banyak inti pemproses pada kawasan tertentu PCB.

Masalah pengurusan panas IC yang lain melibatkan titik panas yang muncul pada pakej cip. Fluks panas boleh menjadi setinggi 1000W/cm2, yang merupakan keadaan yang sukar untuk dikesan.

PCB bermain peran penting dalam pengurusan suhu, jadi bentangan desain suhu diperlukan. Rancangan jurutera patut menjaga komponen kuasa tinggi sejauh mungkin dari satu sama lain. Selain itu, komponen kuasa tinggi ini sepatutnya berada sejauh mungkin dari sudut PCB, yang akan membantu maksimumkan kawasan PCB sekitar komponen kuasa dan mempercepat penyebaran panas.

Menyelesaikan pad kuasa terkena ke PCB adalah latihan biasa. Secara umum, pad kuasa jenis pad terkena boleh melakukan sekitar 80% panas yang dijana melalui bawah pakej IC dan ke dalam PCB. Kekal panas akan hilang dari sisi dan petunjuk pakej.