Multi-katlı Betonlar Oluşturmak için Stratejiler Etkili Sıcak ve Termal Vias

Giriş: Multi-Layer PCB'lerde Termal Meydan

Yüksek performanslı elektronik, kompakt, çok katmanlı baskılı devre tahtaları (PCB) daha küçük ayak izlerini kullanarak daha fazla işlevsellik sağlar.Bu makale, uygun ısı yönetimi olmadan, yerelleştirilmiş sıcak noktalar, malzeme seçimi, bakır uçak, termal tasarım uygulamaları ve ısıtımı kullanarak, güvenli sınırlar içinde işletmek için uygulama yoluyla bilinçli stratejiler benimsemelidir.

Çok-Layer PCB'lerde Heat Dissipation'ın temelleri

Bir PCB'de ısı öncelikle işlemciler, güç yükselteçleri ve gerilim düzenleyicileri tarafından oluşturulur. Bu ısı, tahta ve #8217; tabakalar ve ısınmış bir ısıya kıyasla, şasi veya havalimanları, etkili termal tasarımdan oluşan ısıtılmış bakır folyo levhalar ve dielektrik ön tabakaları ile ısıtılır.

Sıcaklık yönetimi için temel ölçümler termal iletkenlik (W/m·K) malzeme, tabaka kalınlığı ve yay-bölümel bakır alanı ile ısınmışlığı 0.35 / m •K, bakır uçaklar 385 W /m·K.

Etkili ısı için Stratejiler

Copper Plane Optimizasyon

Sıcaklık üreten bileşenlere bağlı olarak büyük bakır, ısıdan uzak ısınıyor çünkü en iyi sonuçlar için, çoklu katmanlarda sürekli bakır alanları kullanın ve onları ısıl vias ile bağlantı kurun.Sabahş bakır (e.g., 2 oz veya 3 oz per square ayak) önemli ölçüde daha sonra yayılıyor çünkü termal direnç bakır kalınlığına karşı orantılı olarak azalır.

Dış katmanlarda bakır uçakları doğrudan bileşenler altında yerleştirin ve onları iç zemine veya güç uçaklara bağlar. Birçok küçük izole ada ile bir parçanın altında bölmekten kaçının; bunun yerine, uçakta sağlam tutun.Eğer sinyal bütünlük gereksinimleri güç bölünmüş olursa, düşük elektrik direncini korumak ve termal sürekliliği sağlamak için bölme ile yoğun kullanın.

Optimized Katman Stack-Up

Katmanların düzenlemesi dikey ısı yolu etkiler. İdeal olarak, ısı iletken bileşenler sadece savaş sayfasını azaltır, aynı zamanda bu uçağın diğer katmanlara bağlanan termal bağlantı noktalarına doğrudan bağlantı sağlar. Yakın bir ızgarada (örneğin, Signal-GroundPower-Signal) sadece termal yardım uçaklarının her iki taraftan ısıtılabilmesini sağlar; aynı zamanda sağlam bir şekilde ısıtılması için ısıtılması için ısıtılır.

Termal Pads, Heat Lavabos ve Interface Materials

Yüksek güç dağılımı ile bileşenler için, dış ısı parçaları termal olarak iletken yapıştırıcı pedleri veya termal yağları kullanarak yapıştırın. PCB'nin kendisi de tümleşik ısı batağı ve #8212; örneğin, metal çekirdekli PCB (MCB) teknolojisini kullanarak, alüminyum veya bakır substratı ile bağdaştırılır; yüksek kaliteli TIM'ler 3 Wm I'nin üzerindeki yükleri ve ağırlığı azaltır.

Yüksek güvenilirliklere ihtiyaç duyan uygulamalar için, termal olarak iletken seramik dolguları (örneğin, boron nitride veya alüminyum oksit) dielektrik katmanlarında yer alan bu malzemeler, birkaç laminat tedarikçi tarafından sunulan, PCB substratı ile çift veya üç katı ısı iletkenliği göz önünde bulundurabilir.

Altstrates ve Prepregs için malzeme seçimi

Standart FR-4, yüksek güç tasarımları için ucuz ama düşük, alternatif laminatlar şunları içerir:

Malzemeleri seçerken, işletim sıcaklık aralığı, termal genişleme katsayısı (CTE) eşleştirme ve maliyet. Yüksek katmanlı sayıları kullanarak tasarımlar için, önceden hazırlanmış malzemelerin gerekli uygulama için yeterli termal iletkenliği olmasını sağlayın. Birçok kumaşçı bu ilk tasarım sürecinde bu erkenlere danışır.

Geliştirilmiş ısı Transferi için Termal Vias'i uygulamak

Sıcaklıklı modüller, ısının tahtadan dikey olarak seyahat etmesine izin veren bakır kaplama deliklerdir, bileşen tarafından iç uçaklara veya karşı tarafa doğru tasarlandığında, bileşenli bir kavimle ısınarak ısıyı azaltabilirler.

Via Placement Proximity to Heat Sources

Sıcaklık kaynağı için mümkün olduğunca yakın ısı parçaları, temel plakanın ayak izi içinde ideal olarak. büyük zemin pedleri olan güç bileşenleri (örneğin, QFN paketleri açığa çıkar), bir dizi doğrudan bir dizi boyunca, her bir ısının altındaki bir dizi, aşağıdaki bir uçaktan bir uçağa kadar olması gerekir.

Via Boyut, Yoğunluk ve Geometri

Büyük via çapındaki (0.3 mm ila 0,5 mm) daha düşük ısı direnci sağlar çünkü daha fazla bakır alanı taşırlar, ancak büyük vias, outing yoğunluk ve üretim maliyetinin artırılması için daha etkili bir yaklaşım, daha küçük bir ısı transferine yönelik% 30'u kullanmaktir.

Bazı tasarımcılar mikrovias (laser-drilled, çapında ≤ 0.15 mm) küçük parçalar altında daha fazla termal yol toplamak için kullanırlar. Microvias ince kontenjan kaplama gereksinimleri nedeniyle daha düşük ısı direnci vardır ve yüksek yoğunlukları mükemmel ısı performansı elde edebilir.

Via fill and Plating

Boş ısı parçaları havayı tuzağa düşürebilir ve yüksek performanslı tasarımları için, hem termal hem de satılan epoxy ile doldurabilirsiniz.Insper-playici (anti-pad) ile birlikte ısıtılması ve ısı direncini azaltır.For high-perform with bakır-full and capped vias (VIPPO) hem termal hem de satılan eksperatif dolguları artırmak için.

Eğer vias tamamlanmamışsa, kontraseptif maskeyi kirlenmeyi önlemek için yapıştırılmış veya kaplı olmasını sağlayın.For dalgası satering, çadırlı vias (bir tarafta yeniden canlandırılabilir) kullanılabilir, ancak çadırda ısı performansı tamamen bakır dolu dolu olan en iyi ısı performansı doğrudan parçaya bağlanır.

Katman Bağivite ve Via Stacking

Her termal, mümkün olduğunca çok iç bakır uçakla bağlantı kurması gerekir. daha fazla bakır tabakalar, tahta içlerine daha düşük ısı direncidir; 10 katlık bir mikrovia yapısının bir parçası olarak, üstten birden fazla tabakaya bağlanırlar; ısı taşıma noktalarına veya bölgelere kadar uzatılabilirler.

Simülasyon ve Termal Analiz

Bir tahtayı kumaştan önce, termal simülasyon yazılımı (örneğin, Ansys Buzpak, SolidWorks Flow Simulator veya Altium Tasarımcısı, tasarım ile optimize etmek için izin verir. CFD (c ⁇ sıvı dinamikleri) araçları modellemek, konvective ve radiative ısı transferleri PCB ve muhafaza. Anahtar çıktıları, kavim sıcaklıkları, ısı gradyanları ve sıcak nokta konumları içerir.

Önemli bir parametre, yüksek güç için ısı direnci (R ⁇ JA) ile bağlantıdaki değişiklikleri tahmin edebilir ve çoğu PCB üreticileri, ısı performansı ile tahmin etmek için online hesaplayıcılar veya tasarım kılavuzları sağlayabilir.Örneğin,FLT:0)Altium & ASICs; 10 K/W k-to-case altında ısıtılabilir ve simülasyon, parametrelerin etkisini ölçmek için yardımcı olabilir.

Hava akışı (doğal veya zorla) ve çevre sıcaklığı gibi yönetim düzeyinde sınır koşullarını ekleyin. Pasif soğutma için kapalı sistemlerde, muhafaza ve #8217; iç radyasyon ve doğal konveksiyon. doğrulanmış bir simülasyon modeli kullanarak risk azaltır ve ısı tasarımında güven yaratır.

Manufacturability (DFM) için tasarım

Aşırı enerjik çevrimler üretim sorunlarına neden olabilir. Yoğun bir dizi vias belirtince aşağıdakileri göz önünde bulundurun:

PCB üreticisi ile tasarım aşamasında, boyutlar, dolgular ve bakır ağırlıklar için gerçekçi özellikler belirlemek için yakından çalışın. Birçok kumaşçı, önerilen boyutlar ve toleranslar içeren tasarım kılavuzları sunar.

Extreme Thermal Talepleri için Gelişmiş Teknikler

Güç dönüştürücüleri, LED aydınlatma veya otomotiv motor kontrolörleri gibi uygulamalar için, konvansiyonel teknikler bu gelişmiş çözümleri göz önünde bulundurmaz:

Her gelişmiş teknik maliyet ve karmaşıktır, bu yüzden bütçe ve üretim hacmine karşı termal faydayı değerlendirin. prototipler veya orta hacimli üretim için birçok kumaş üreticisi, pahalı ve iyi kanıtlanan metal çekirdek PCB seçenekleri sunar.

Termal Tasarım İncelemeleri için En İyi Uygulamalar

Geç aşama termal başarısızlıklardan kaçınmak için, PCB tasarım kontrol listesine termal incelemeyi entegre edin. Anahtar eylem öğeleri şunları içerir:

Bu en iyi uygulamalar, termal özellikleri karşılayan ve yeterlilik testleri geçen sağlam tasarımlara yol açacaktır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Multi-katlı PCB'lerde etkili ısı yönetimi, tümleşik bir yaklaşım gerektirir: Daha sonra yayılmak için bakır uçakları optimize etmek, termal olarak iletken substrat malzemeleri seçmek ve dikey ısı taşıma için iyi tasarlanmış termal parçaları uygulamak. Simülasyon araçları, üretimden önce performans doğrulamaya yardımcı olurken, DFM işbirliği bu stratejileri birleştirin, bu stratejileri birleştirerek, mühendisler performanstan ödün vermeden güç kesintilerini artıran güvenilir ürünler yaratabilir.