Технология PCB - Элементы использования платы PCB для охлаждения и стратегия упаковки IC

Упаковка поверхности IC зависит от распыления тепла печатными платами. В целом, PCB является основным методом охлаждения мощных полупроводниковых устройств. Хорошая тепловая конструкция PCB имеет огромное влияние, она может поддерживать хорошую работу системы или закладывать скрытые опасности тепловых аварий. Тщательная обработка компоновок PCB, конструкций панелей и размещения устройств может помочь улучшить тепловые характеристики приложений средней и высокой мощности.

Компании, производящие полупроводники, испытывают трудности с контролем над системами, используемыми их оборудованием. Однако система установки IC имеет решающее значение для общей производительности устройства. Для настраиваемых устройств IC системные дизайнеры часто работают в тесном контакте с производителями, чтобы убедиться, что система отвечает многим тепловым требованиям для мощных устройств. Это раннее сотрудничество гарантирует, что IC соответствует электрическим и эксплуатационным стандартам, сохраняя при этом нормальную работу в системе охлаждения клиента. Многие крупные полупроводниковые компании продают свои устройства в качестве стандартных компонентов без связи между производителями и конечными приложениями. В этом случае мы можем использовать только некоторые общие рекомендации, чтобы помочь достичь лучшего решения пассивного охлаждения для IC и систем.

Типичным типом упаковки полупроводников является открытый сварочный диск или упаковка PowerPADTM. В этих упаковках чип прикрепляется к металлу, известному как сварочный диск с сердечником. Сварочный диск чипа поддерживает чип во время обработки чипа и также является хорошим тепловым путем для охлаждения устройства. Когда открытый сварочный диск в упаковке сваривается в PCB, тепло может быстро рассеиваться из упаковки и поступать в PCB. После этого тепло рассеивается через различные слои PCB и попадает в окружающий воздух. Обнаруженные сварочные диски обычно передают около 80% тепла, поступающего в PCB через дно упаковки. Оставшиеся 20% рассеиваются через провода устройства и все стороны упаковки. Менее 1% тепла рассеивается через верхнюю часть упаковки. Для этих открытых сварных дисков хорошая тепловая конструкция PCB имеет решающее значение для обеспечения определенных характеристик устройства. Одним из аспектов конструкции PCB, который может улучшить тепловые характеристики, является компоновка устройства PCB. Насколько это возможно, компоненты высокой мощности на PCB должны быть отделены друг от друга. Это физическое разделение между компонентами высокой мощности позволяет областям PCB, окружающим каждый компонент высокой мощности, способствовать лучшей передаче тепла. Следует обратить внимание на изоляцию термочувствительных компонентов от энергоемких компонентов на PCB. Насколько это возможно, компоненты высокой мощности должны быть установлены вдали от угла PCB. Более центральное положение PCB минимизирует площадь пластины вокруг энергопотребляющих элементов, чтобы помочь рассеять тепло. Второй аспект - структура ПХД, которая оказывает решающее влияние на тепловые свойства конструкции ПХД. Общее правило заключается в том, что чем больше меди в PCB, тем лучше тепловые свойства компонентов системы. Идеальным способом охлаждения полупроводниковых приборов является установка стержней на большие куски меди с жидким охлаждением. Этот метод размещения не является практичным для большинства приложений, поэтому мы можем только внести некоторые другие изменения в PCB для улучшения тепловых свойств. Для большинства современных приложений общий размер системы уменьшается, что негативно сказывается на тепловых свойствах. Чем больше PCB, тем больше площадь, которая может быть использована для теплопроводности, и тем больше гибкость, чтобы оставить достаточное пространство между мощными компонентами. Оптимизируйте, насколько это возможно, количество и толщину плоскости заземления PCB медь. Заземленная плоская медь обычно тяжела, и это хороший тепловой путь для всей теплоотдачи PCB. Размещение проводов для каждого слоя также увеличивает общую долю меди, используемой для теплопроводности. Однако эта маршрутизация обычно осуществляется в электрической и тепловой изоляции, что ограничивает ее роль в качестве потенциального радиатора. Площадка заземления оборудования должна быть электрической проводкой как можно больше, чтобы помочь теплопроводности. Тепловые перегретые отверстия на ПХБ под полупроводниковым устройством помогают тепло проникать в погребенный слой ПХБ и передавать его на заднюю часть пластины. Верхние и нижние слои PCB являются « золотой зоной» для повышения тепловых свойств. Использование более широких проводов, вдали от мощных устройств, может обеспечить тепловой путь для отвода тепла. Специальные радиаторы являются отличным способом охлаждения. Теплосварочный диск обычно расположен в верхней или задней части PCB и подключается к устройству с помощью прямого медного соединения или горячего перегрева. В случае внутреннего инкапсуляции (инкапсуляция с выводами только с обеих сторон) эта тепловая прокладка может находиться в верхней части ПХБ в форме "собачьей кости" (середина такая же узкая, как и инкапсуляция, а площадь соединенной меди вдали от упаковки больше. Большая, меньшая середина, большие концы). В случае четырехсторонней упаковки (все четыре стороны имеют провода) тепловая прокладка должна быть на обратной стороне PCB или в PCB. Увеличение размера тепловой подушки является отличным способом повышения тепловых свойств упаковки PowerPAD. Различные размеры теплопроводных пластин оказывают значительное влияние на тепловые свойства. Эти размеры обычно указываются в таблицах данных о продуктах, представленных в табличной форме. Однако трудно количественно оценить влияние добавления меди в индивидуальные ПХБ. Используя некоторые онлайн - калькуляторы, пользователи могут выбрать устройство, а затем изменить размер медного сварочного диска, чтобы оценить его влияние на тепловые свойства ПХБ, не являющихся JEDEC. Эти вычислительные инструменты подчеркивают степень влияния конструкции PCB на тепловые свойства. Для четырехсторонней упаковки площадь верхнего сварного диска просто меньше площади открытого сварного диска устройства, и в этом случае погребенный или задний слой является первым способом достижения лучшего охлаждения. Для двухрядного прямого инкапсуляции мы можем использовать режим прокладки « собачья кость» для охлаждения. Некоторые винты, используемые для установки PCB, также могут быть эффективными тепловыми путями к базе системы, где винты горячо подключаются к горячему сварочному диску и плоскости заземления. Учитывая теплопроводность и стоимость, количество винтов должно достигать точки снижения прибыли. Металлические крепления ПХБ имеют больше охлаждающей площади после подключения к теплопроводной пластине. Для некоторых применений, для которых PCB покрыт оболочкой, фасонный сварочный угол обладает более высокими тепловыми свойствами, чем оболочка с воздушным охлаждением. Решения для охлаждения, такие как вентиляторы и радиаторы, также являются распространенными методами охлаждения систем, но они обычно требуют большего пространства или модификации конструкции для оптимизации охлаждения. Чтобы спроектировать систему с высокой теплопроизводительностью, недостаточно просто выбрать хорошее устройство IC и закрытое решение. Планирование тепловых свойств IC зависит от способности пластины PCB и системы охлаждения быстро охлаждать устройство IC. Использование вышеупомянутого метода пассивного охлаждения может значительно улучшить теплоотдачу системы.