PCB科技 - PCB冷卻和IC封裝散熱

IC封裝依靠PCB散熱. 一般來說, PCB是高功耗半導體器件的主要冷卻方法. 良好的PCB散熱設計具有巨大的影響. 它可以使系統正常工作, 也可以埋下熱事故隱患. 小心處理 PCB佈局, 董事會結構, 器件放置可以幫助提高中高功率應用的熱效能.

電晶體製造公司很難控制使用其設備的系統。 然而，安裝集成電路的系統對整體設備效能至關重要。 對於定制集成電路器件，系統設計師通常與製造商密切合作，以確保系統滿足高功率器件的許多散熱要求。 這種早期合作可以確保集成電路滿足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將設備作為標準件銷售，製造商與最終應用程序之間沒有聯系。 在這種情況下，我們只能使用一些通用準則來幫助實現更好的集成電路和系統被動冷卻解決方案。

常見的電晶體封裝類型是外露焊盤或PowerPADTM封裝。 在這些封裝中，晶片安裝在稱為晶片墊的金屬板上。 該晶片墊在晶片加工過程中支持晶片，也是器件散熱的良好熱通道。 當封裝的外露焊盤焊接到PCB上時，熱量可以快速從封裝中散發，然後進入PCB。 之後，熱量通過每個PCB層散發到周圍的空氣中。 暴露的焊盤封裝通常傳導約80%的熱量，這些熱量通過封裝底部進入PCB。 剩下的20%的熱量通過設備導線和封裝的所有側面散發。 不到1%的熱量通過包裝頂部散發。 對於這些暴露的焊盤封裝，良好的PCB散熱設計對於確保某些設備效能至關重要。

可以提高熱效能的PCB設計的第一個方面是PCB組件的佈局。 只要可能，PCB上的大功率組件應彼此分離。 高功率組件之間的這種物理分離使每個高功率組件周圍的PCB面積最大化，從而有助於實現更好的熱傳導。 應注意將PCB上的溫度敏感元件與大功率元件隔離。 只要可能，大功率組件的安裝位置應遠離PCB的角落。 更中心的PCB位置可以最大限度地擴大大功率組件周圍的電路板面積，從而有助於散熱。 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的角落，晶片結溫度比組件B高5%，因為組件B更靠近中間。 由於用於散熱的組件周圍的板面積較小，囙此組件A拐角處的散熱受到限制。

第二個方面是PCB的結構, 這對發動機的熱效能有最决定性的影響 PCB設計. 一般原理是：PCB中的銅越多, 系統部件的熱效能越高. 半導體器件的理想散熱情况是將晶片安裝在一大塊液冷銅上. 對於大多數應用程序, 這種安裝方法不切實際, 囙此，我們只能對PCB進行一些其他更改，以提高散熱效能. 對於今天的大多數應用程序, 系統的總體積繼續縮小, 對散熱效能有不利影響. PCB越大, 可用於熱傳導的面積越大, 它還具有更大的靈活性, 在高功率組件之間留出足够的空間.

盡可能新增PCB銅接地板的數量和厚度。 接地層銅的重量通常相對較大，它是整個PCB散熱的良好熱通道。 每層佈線的佈置也將新增用於熱傳導的銅的總比例。 然而，這種佈線通常是電力和熱隔離的，這限制了其作為潜在散熱層的作用。 設備接地板的佈線應盡可能多地平面電氣化，以幫助最大化熱傳導。 半導體器件下方PCB上的散熱孔有助於熱量進入PCB的埋層並傳導到電路板的背面。

為了提高散熱效能，PCB的頂層和底層是“黃金位置”。 使用更寬的電線，並將其遠離高功率設備，以提供散熱的熱路徑。 專用散熱板是一種很好的PCB散熱方法。 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設備熱連接。 在內聯封裝的情况下（只在兩側有引線的封裝），這種導熱板可以位於PCB的頂部，形狀像“狗骨頭”（中間和封裝一樣窄，離封裝的面積相對較小。大，中間小，末端大）。 如果是四面封裝（四面都有引線），導熱板必須位於PCB背面或進入PCB。

新增散熱板的尺寸是提高PowerPAD封裝熱效能的一個很好的方法。 不同的熱板尺寸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資訊。 然而，很難量化定制PCBA中添加銅的影響。 使用一些線上小算盘，用戶可以選擇一個設備，然後更改銅焊盤的尺寸，以估計其對非JEDEC PCB散熱效能的影響。 這些計算工具強調了PCB設計對熱效能的影響。 對於四面封裝，頂部焊盤的面積剛好小於設備外露焊盤的面積。 在這種情況下，埋層或背層是實現更好冷卻的第一種方法。 對於雙列直插式封裝，我們可以使用“狗骨”墊式散熱。

最後, 更大的PCB系統也可用於冷卻. 如果螺釘連接到導熱板和接地層以散熱, 一些用於安裝PCB的螺釘也可以成為系統基座的有效熱通道. 考慮熱傳導效應和成本, 螺釘數量應為達到收益遞減點的最大值. 連接到導熱板後, 這個 金屬PCB 加强板有更多的冷卻面積. 對於PCB被外殼覆蓋的某些應用, 與風冷殼體相比，類型控制焊接修復資料具有更高的熱效能. 冷卻解決方案, 如風扇和散熱器, 也是系統冷卻的常用方法, 但它們通常需要更多的空間或需要修改設計以優化冷卻效果.