Технология PCB - Подробнее о новейшей технологии PCB

Когда дело доходит до установки PCB - панелей, содержащих многоядерные процессоры, задача управления теплом становится еще более сложной. Хотя каждое ядро процессора в процессорной решетке может потреблять меньше энергии и, следовательно, меньше тепла, чем одноядерный процессор, чистое влияние на крупные компьютерные серверы заключается в том, чтобы добавить больше тепла к компьютерным системам в центрах обработки данных. Короче говоря, запускайте больше процессорных ядер в заданной области PCB.

Еще одна сложная проблема теплового управления IC связана с горячими точками, возникающими на упаковке чипов. Тепловой поток может достигать 1000 Wcm2, что является сложным для отслеживания состоянием.

ПХБ играют важную роль в термическом управлении и поэтому требуют термического проектирования. Инженеры - конструкторы должны максимально удалять мощные компоненты друг от друга. Кроме того, эти мощные компоненты должны быть как можно дальше от угла PCB, что поможет максимизировать площадь PCB вокруг силовых компонентов и ускорить охлаждение.

Обычной практикой является сварка открытых электросварочных дисков в PCB. Как правило, открытый сварочный диск может передавать около 80% тепла через дно упаковки IC в PCB. Оставшееся тепло будет излучаться со стороны упаковки и провода.

Тепловой помощник инженера по проектированию PCB теперь может обратиться за помощью ко многим улучшенным продуктам управления теплом. Эти продукты включают радиаторы, тепловые трубы и вентиляторы, которые могут использоваться для достижения активной и пассивной конвекции, радиационного и проводящего охлаждения. Даже метод межсоединения чипов, установленных на PCB, помогает облегчить проблему охлаждения.

Например, общий метод открытых сварочных дисков, используемый для подключения чипов IC друг к другу к PCB, может увеличить проблемы с охлаждением. Когда открытый путь сваривается к ПХБ, тепло быстро покидает упаковку и попадает в ПХБ - пластину, а затем рассеивается в окружающий воздух через различные слои ПХБ - пластины.

Texas Instruments TI изобрел метод PowerPAD, который позволяет устанавливать чипы IC на металлические диски. Сварочный диск с сердечником будет поддерживать сердечник во время изготовления и служить хорошим способом охлаждения, чтобы рассеять тепло от чипа.

Мэтт Ромиг (Matt Romig), менеджер по продуктам моделирования упаковки в TI, отметил, что метод PowerStack является первой технологией 3D - инкапсуляции, которая может складывать вертикальные MOSFET с высокой стороны. Эта технология объединяет высокие и низкие боковые MOSFET, которые закреплены на месте с помощью медного зажима, и оптимизирует конструкцию отопления с использованием сварных дисков с потенциалом заземления. Использование двух медных зажимов для соединения выводов входного и выходного напряжения может образовывать более интегрированную плоскую квадратную безрезультатную упаковку QFN. Горячее управление электрооборудованием является более сложным. Потребность в более высокочастотной обработке сигналов и уменьшении размеров упаковки постепенно вытесняет традиционные технологии охлаждения. Кавер Азар, президент и генеральный директор AdvancedThermal Solutions, рекомендует использовать встроенные тонкопленочные термоэлектрические устройства с микроканалами с водяным охлаждением.

Азар придумал решение, которое минимизирует максимальное тепловое сопротивление в пути охлаждения, то есть диффузионное тепловое сопротивление, путем прямого подключения радиатора к микропроцессорному чипу.

Этот метод может рассеять тепло, накапливаемое на небольших микропроцессорных чипах, на большую базу радиатора, а затем рассеять тепло в окружающей среде. Этот встроенный принудительный радиатор интегрирует микро - и мини - каналы в кремниевый пакет. Скорость воды в коридоре составляет от 05 до 1 литра в минуту.

Результаты моделирования показывают, что на чипе 1010 мм в корпусе BGA с шаровой решеткой площадь корпуса радиатора 120 120 мм может генерировать тепловое сопротивление 0055 кВт. Использование теплоотводящего материала с теплопроводностью равной или более алмазу может привести к тепловому сопротивлению 0030 кВт.

Пол Магилл, вице - президент по маркетингу и развитию бизнеса Nextreme Thermal Solutions, также рекомендовал технологию термоэлектрического охлаждения и объявил, что охлаждение должно начинаться на уровне чипа. Компания предлагает локализованную технологию управления теплом внутри электронных компонентов. Эта технология использует тонкопленочную термоэнергетическую структуру, известную как тепловой насос. Этот активный охлаждающий материал встраивается в перевёрнутые чипы, такие как выпуклость сварочного материала медного столба, используемого в электронной упаковке.

Местное охлаждение на чипах, стержнях и уровнях упаковки может принести важные экономические выгоды. Например, в дата - центрах с тысячами или сотнями современных микропроцессоров этот метод более эффективен, чем охлаждение с использованием более дорогих и больших систем кондиционирования воздуха.

В некоторых устройствах, таких как светодиоды, сочетание пассивных и активных технологий охлаждения может улучшить производительность и срок службы оборудования. Например, использование вентилятора в радиаторе обычно снижает тепловое сопротивление до 05 Вт, что является значительным улучшением по сравнению с типичными 10 Вт, которые достигаются только с помощью пассивного охлаждающего радиатора.

Повторное моделирование с тепловым управлением было и будет оставаться одним из ограничений для достижения более высокой производительности IC. В этих все меньших IC и их упаковках пространство становится все более ценным, и почти нет места для охлаждения. Это заставило инженеров - проектировщиков рассмотреть возможность использования технологии внешнего охлаждения и постоянно совершенствующихся новых охлаждающих материалов.

В любом случае, основные предпосылки остаются в силе: инженеры - конструкторы PCB должны уделять больше внимания тепловой науке, чтобы достичь оптимального решения для охлаждения. Весь процесс должен начинаться с программного обеспечения для термического анализа, которое намного раньше, чем было спроектировано для производства.