PCB部落格 - PCB冷卻科技與IC封裝策略

電晶體製造公司很難控制使用其設備的系統。 然而，集成電路器件的系統對整體器件效能至關重要。 對於定制的IC器件，系統設計人員通常與製造商密切合作，以確保系統滿足高功耗器件的許多冷卻要求。

這種早期的相互合作可以確保IC器件符合電力標準和效能標準，同時確保客戶冷卻系統的正常運行。 許多大型電晶體公司銷售帶有標準部件的器件，製造商和終端應用之間沒有聯系。 在這種情況下，我們只能使用一些通用的指導方針來幫助為IC和系統實現更好的被動冷卻解決方案。 圖1 PowerPad設計可以提高熱效能的PCB設計的第一個方面是PCB設計佈局。 只要有可能，PCB上的高功耗組件應該彼此分開。 高功耗組件之間的這種物理間距使PCB在每個高功耗組件周圍的面積最大化，從而有助於更好的熱傳導。 應注意將PCB上的溫度敏感元件與高功耗元件隔離開來。 只要有可能，高功耗組件應安裝在遠離PCB角落的地方。

更中心的PCB位置可以最大限度地擴大高功耗組件周圍的電路板面積，以幫助散熱。 圖2顯示了兩個相同的半導體器件：組件A和B。組件A位於PCB設計的角落，晶片結溫比組件B高5%，因為組件B的位置更靠近中間。 由於散熱元件周圍的面積較小，元件A拐角處的散熱受到限制。

圖2組件佈局對熱效能的影響。 PCB角組件的晶片溫度高於中間組件。 第二個方面是PCB的結構，它對PCB設計的熱效能有著最决定性的影響。 一般原理是PCB中的銅越多，系統組件的熱效能就越高。

半導體器件的理想散熱條件是晶片安裝在一大塊液冷銅上。 對於大多數應用，這種安裝方法並不實用，囙此我們只能對PCB進行一些其他更改來提高散熱效能。 對於當今的大多數應用，系統的總體積繼續縮小，這對熱效能產生了負面影響。 較大的PCB具有可用於熱傳導的較大面積，並且還具有更大的靈活性，在高功耗組件之間留出足够的空間。 只要有可能，儘量新增PCB銅接地層的數量和厚度。 接地平面銅的重量一般較大，是整個PCB散熱的良好散熱路徑。

為了提高散熱效能，PCB的頂層和底層是“黃金位置”。 使用較寬的電線和遠離高功耗設備的電線可以為散熱提供加熱路徑。 特殊的導熱板是一種很好的PCB散熱方法。 導熱板通常位於PCB的頂部或背面，並通過直接銅連接或熱通孔與器件熱連接。

在直插式封裝的情况下（只有兩側都有引線的封裝），這種導熱板可以位於PCB的頂部，其形狀像“狗骨”（中間和封裝一樣小，遠離封裝連接的銅面積大，中間小，兩端大）。 在四面封裝的情况下（四面都有引線），傳熱板必須位於PCB的背面或進入PCB。

圖3雙列直插式封裝的“狗骨”方法示例新增導熱板的尺寸是提高PowerPad封裝熱效能的好方法。 不同尺寸的導熱板對熱效能有很大影響。 以表格形式提供的產品資料表通常列出了這些尺寸。 然而，很難量化添加到定制PCB中的銅的影響。 使用一些線上小算盘，用戶可以選擇一個設備，然後改變銅焊盤的尺寸，以估計其對非JEDEC PCB熱效能的影響。 這些計算工具突出了PCB設計對散熱效能的影響。 對於四面封裝，頂部焊盤的面積剛好小於器件的裸焊盤面積。 在這種情況下，實現更好冷卻的第一種方法是埋層或背層。 對於雙列直插式封裝，我們可以使用“狗骨”墊式散熱。

最後，具有較大PCB的系統也可用於冷卻。 當螺釘散熱連接到導熱板和接地平面時，一些用於安裝PCB的螺釘也可以成為到系統基座的有效熱路徑。 考慮到熱傳導效應和成本，螺釘的數量應該是達到收益遞減點的最大值。 連接到導熱板後，金屬PCB加强板具有更大的冷卻面積。 對於PCB蓋有外殼的某些應用，類型控制的焊接修復資料比風冷外殼具有更高的熱效能。 冷卻解決方案，如風扇和散熱器，也是系統冷卻的常見方法，但它們通常需要更多的空間，或者需要修改設計以優化冷卻效果。

為了設計一個具有高熱效能的系統，僅僅選擇一個好的IC器件和封閉的解決方案是遠遠不夠的。 IC器件的熱效能調度取決於PCB的容量和允許IC器件快速冷卻的熱系統。 被動冷卻方法可以大大提高系統的散熱效能。