Охлаждение микросхем: печатная плата и радиатор (часть 1)

для раздела Лаборатория

Оглавление

Вступление

Есть много вещей, которые мешают жить, и ниже – об одной из них.

Впрочем, не надо о грустном. Какая, казалось бы, банальная вещь - перегрев мелких компонентов. Системная память в виде модулей DIMM или установленная на видеокартах, транзисторы преобразователей питания – всё это небольшого размера, но может отчаянно греться. Причем эмоции возникают у хозяина устройства, самим же компонентам безразлично – сгорят и всё, они-то создания бездушные.

Существует множество факторов, влияющих на температуру подобных компонентов, среди наиболее существенных: мощность тепловыделения компонента, топология корпуса, влияние печатной платы, установка дополнительного радиатора и искусственный приток воздуха.

Как правило, в случае обнаружения чего-то очень уж горячего следует рекомендация улучшить отвод тепла дополнительным радиатором и принудительным обдувом. Совет верный, но где разумная грань между этими действиями? Не всегда возможна установка ‘огромного’ радиатора, да и дополнительный вентилятор не уменьшает уровень шума в системном блоке.

Виды упаковок

Перед тестированием полезно посмотреть, как это устроено, пройтись по различным видам упаковки полупроводниковых кристаллов. Впрочем, особо широкий ассортимент не интересен, поскольку речь пойдет о таких компонентах, которые встречаются в конструкциях и выделяют большую тепловую мощность.

Однако, вид соединения кристалл–выводы важен для анализа, потому вкратце о многом:





BGA, Ball Grid Arrays
-.-
Peripheral Leaded Packages
-.-
100x25  2 KB
Flip Chip CBGA
100x25  2 KB
PQFP, LQFP, MQFP,TQFP
100x25  2 KB
Wirebond CBGA
100x25  2 KB
Plastic Leaded Chip Carrier (PLCC)
100x25  2 KB
Flip Chip PBGA
100x25  2 KB
PowerQuad
100x25  2 KB
Wirebond PBGA
100x25  2 KB
SOIC, SOP, TSOP, TSSOP
100x25  2 KB
TBGA
100x25  2 KB
PDIP
100x25  2 KB
Cavity Down PBGA, SuperBGA
Power/Discrete Packages
-.-
100x34  2 KB
Stacked PBGA
100x25  2 KB
TO220, TO263(D2PAK)
Chip Scale Packages
-.-
100x25  2 KB
Thin TO263
100x25  2 KB
Micro-BGA
100x25  1 KB
TO247
100x31  2 KB
uz Ball Stack
100x25  2 KB
TO252(DPAK)
99x32  2 KB
Chip Array, Fine Pitch BGA(FBGA), FSBGA
100x25  1 KB
SOT89
100x25  2 KB
MicroStar BG
100x25  1 KB
SOT23
100x25  2 KB
Board on Chip (BOC)
100x25  2 KB
LFPAK
100x25  2 KB
Quad Flat No-Lead (QFN)
100x25  2 KB
PowerPak

BGA

BGA – корпус с шариковыми выводами, остальное скрыто корпусом. Но если посмотреть вглубь, то различия заметны. Первый вариант упаковки традиционен, полупроводниковый кристалл соединяется с платой с помощью проводников:

343x115  8 KB

Или, другой ракурс:

328x199  12 KB

Проводники соединяют полупроводниковый кристалл с подложкой, далее соединения подключаются к площадкам шариковых выводов.

Существует альтернативный вариант:

343x139  12 KB

С другого ракурса:





498x306  24 KB

Полупроводниковый кристалл монтируется прямо на подложку без каких-либо проводов.

Встречаются оба варианта монтирования кристалла, причем первый чаще всего в больших корпусах, второй в маленьких. Последний и применяется в современных процессорах. Скажу немного о внешнем проявлении типа упаковки по размещению шариков и толщине корпуса. Первый вариант подразумевает разделение выводов на центральную группу и периметр, с довольно толстой крышкой. Второй представляет собой его противоположность: компактные выводы и тонкая верхняя крышка. А в микросхемах памяти может применяться еще одна разновидность:

310x134  3 KB

По методу соединения сигнальных цепей это 'проводное' подключение, а по способу передачи питающих и земляных соединений – или 'проводное' или 'беспроводной', второй вариант.

LQFP, SO, TSOP

Более старый тип корпуса, в качестве выводов дискретные проводники. Внешне это выглядит следующим образом - SOIC 8:

280x237  2 KB

Встречается его уменьшенная редакция, msop8.

300x237  2 KB





Вариации TSOP, TSSOP, SSOP и подобные опустим за очевидностью – все упаковки отличаются от SOIC только шагом выводов и размерами корпуса.

LQFP (PQFP, TQFP)

441x324  3 KB

В данном семействе меняется только толщина корпуса. Но это 'внешне'. Сменим ракурс и посмотрим внутрь.

300x83  13 KB

Тепло через выводы отводиться не может, проводники от полупроводниковой пластины очень тонкие. Однако не все микросхемы в корпусах с подобным названием получают именно такой вид соединения с выводами. Прогресс не стоит на месте, существует более плотная упаковка.

300x59  10 KB

QFN

Внешний вид очень даже современный, никаких проволочных выводов. Хотя в самом названии есть на это явное указание. **N – безвыводной вариант, **P – с выводами.





226x136  6 KB

Однако давайте посмотрим с другой точки зрения.

300x302  22 KB

Микросхема еще не полностью упакована, не сформирована верхняя крышка. Но так лучше видны особенности корпуса. Как говорится, комментарии излишни.

Выше была обычная микросхема, но бывают и специальные сборки силовых компонентов в упаковке QFN. Например, drMOS.

400x126  14 KB

Транзисторы хорошо отдают тепло через дно корпуса, а с верхом всё обыденно и грустно.

D2PAK

Этот корпус образовался из самого распространенного корпуса для мощных транзисторов, TO-220.

220x260  7 KB

Достаточно укоротить металлическую пластину, немного отформовать выводы и получится вариант для поверхностного монтажа. Дело не в эстетике, так проще технологически, а значит - дешевле. Для очистки совести, надо бы уточнить – кроме D2PAK существует TO-262, который получил укороченную теплоотводящую пластину подобно D2PAK и прямые выводы как у TO-220.

Telegram-канал @overclockers_news - это удобный способ следить за новыми материалами на сайте. С картинками, расширенными описаниями и без рекламы.
Страницы материала
Страница 1 из 3
Оценитe материал
рейтинг: 4.5 из 5
голосов: 59

Комментарии 53 Правила



Возможно вас заинтересует

Популярные новости

Сейчас обсуждают