PCB科技 - 詳細解釋最新的PCB板科技

當涉及到安裝包含多核處理器的PCB板時，熱管理挑戰將變得更加艱巨。 儘管處理器陣列中的每個處理器核可能比單核處理器消耗更少的功率，從而耗散更少的熱量，但對大型電腦服務器的淨影響是為資料中心的電腦系統新增更多的散熱。 簡而言之，在PCB的給定區域上運行更多的處理器內核。

另一個棘手的IC熱管理問題涉及晶片封裝上出現的熱點。 熱通量可以高達1000Wcm2，這是一種難以跟踪的狀態。

PCB在熱管理中起著重要作用，囙此需要進行熱設計佈局。 設計工程師應使高功率部件之間盡可能遠離。 此外，這些高功率部件應盡可能遠離PCB的角落，這將有助於最大限度地擴大功率部件周圍的PCB面積，並加速散熱。

將暴露的電源焊盤焊接到PCB是一種常見的做法。 一般來說，暴露的焊盤型電源焊盤可以將大約80%的熱量通過IC封裝的底部傳導到PCB中。 剩餘的熱量將從封裝的側面和引線散發出去。

熱助理PCB設計工程師現在可以向許多改進的熱管理產品尋求幫助。 這些產品包括散熱器、熱管和風扇，可用於實現主動和被動對流、輻射和傳導冷卻。 甚至在PCB上安裝晶片的互連方法也有助於緩解散熱問題。

例如，用於將IC晶片互連到PCB的常見暴露焊盤方法可能會新增散熱問題。 當暴露的路徑被焊接到PCB上時，熱量會迅速逃離封裝並進入PCB板，然後通過PCB板的各個層消散到周圍的空氣中。

德州儀器TI發明了一種PowerPAD方法，可以將IC晶片安裝在金屬磁片上。 該管芯焊盤將在製造過程中支撐管芯，並充當良好的散熱路徑以消散來自晶片的熱量。

TI的類比封裝產品經理Matt Romig指出，TI的PowerStack方法是第一種可以堆疊高側垂直MOSFET的3D封裝技術。 該科技集成了通過銅夾固定到位的高側和低側MOSFET，並使用接地電位暴露焊盤來提供熱優化設計。 使用兩個銅夾連接輸入和輸出電壓引脚可以形成更集成的扁平方形無引線QFN封裝。 電力設備的熱管理更具挑戰性。 對更高頻率信號處理和减小封裝尺寸的需求已逐漸使傳統冷卻科技邊緣化。 AdvancedThermalSolutions總裁兼首席執行官KaverAzar建議使用帶有水冷微通道的嵌入式薄膜熱電器件。

阿紮爾設想了這樣一個解決方案：通過將散熱器直接綁定到微處理器晶片，最大限度地减少散熱路徑中的最大熱阻，即擴散熱阻。

這種方法可以將積聚在小型微處理器晶片上的熱量消散到更大的散熱器底座上，然後將熱量消散到周圍環境中。 這種內寘的強制散熱器將微通道和迷你通道集成在矽封裝中。 通道中的水流速為約05至1昇分鐘。

模擬結果表明，在球栅陣列BGA封裝中1010mm的晶片上，120120mm的散熱器主機殼面積可以產生0055KW的熱阻。 使用熱導率等於或大於金剛石的散熱資料可以產生0030KW的熱阻。

Nextreme Thermal Solutions負責行銷和業務發展的副總裁Paul Magill也推薦了熱電冷卻科技，並宣佈冷卻應從晶片層面開始。 該公司提供深入電子元件內部的當地語系化熱管理科技。 這項科技使用了一種稱為熱泵的微薄膜熱電eTEC結構。 這種有源散熱資料嵌入倒裝晶片互連中，例如用於電子封裝的銅柱焊料凸塊。

在晶片晶片、管芯和封裝級別實現局部冷卻可以產生重要的經濟效益。 例如，在擁有數千或數百個先進微處理器的資料中心中，這種方法比使用更昂貴、更大的空調系統散熱更有效。

在一些設備（如LED）中，結合使用被動和主動冷卻科技可以提高設備效能和使用壽命。 例如，在散熱器中使用風扇通常可以將熱阻降低到05W，與單獨使用被動冷卻散熱器實現的典型10W相比，這是一個顯著的改進。

熱控制的重複類比已經並且將繼續是實現更高IC效能的限制因素之一。 在這些越來越小的IC及其封裝中，空間變得越來越有價值，幾乎沒有空間來幫助冷卻。 這迫使設計工程師考慮使用外部冷卻科技和不斷改進的新型冷卻資料。

無論如何，基本前提仍然成立：PCB設計工程師必須更加關注熱科學，以實現最佳冷卻解決方案。 整個過程應該從熱分析軟體開始，這比設計投入生產時要早得多。